При изменении изотопного состава молекул происходят изменения параметров химических реакций, в которых участвуют эти молекулы. Наибольший изотопный эффект наблюдается на дейтерии. Химические реакции с участием дейтерия, в отличие от протия, протекают с меньшей скоростью из-за большей энергии активизации. Скорость ферментных реакций с участием протия в 4–5 раз выше, чем с дейтерием. Так, по теории абсолютных скоростей разрыв С2H-связей может происходить быстрее, чем СH-связей, подвижность иона 2H+ меньше, чем подвижность Н+, константа ионизации тяжёлой воды несколько меньше константы ионизации обычной воды. При этом различают первичные и вторичные изотопные эффекты дейтерия в зависимости от того, какое положение занимает атом дейтерия в молекуле.
Вода H2O - самое распространённое в природе химическое соединение.
Тяжелая вода играет значительную роль в различных биологических процессах. Различные исследователи независимо друг от друга установили, что тяжелая вода действует отрицательно на растительные и живые организмы. Но всё же, как показали исследования многие клетки бактерий, водорослей и растений могут быть адаптированы к росту на тяжёлой воде. Как сообщил ведущий научный сотрудник Пущинского института теоретической и экспериментальной биофизики РАН Виктор Кутышенко, в ходе экспериментов было установлено, что чайный гриб адаптируется к воде, на 98% состоящей из тяжелой, всего за сутки.
Учёные считают, что Вселенная, сформировавшаяся в результате “Большого взрыва” несколько десятков миллиардов лет тому назад, была значительно горячее и плотнее, чем сейчас и состояла, в основном, из двух элементов – водорода и гелия. Дейтерий сформировался в последующие мгновения эволюции Вселенной в результате столкновения свободного нейтрона и протона при температурах миллион градусов Цельсия. А ещё позже два атома дейтерия сформировали дейтерон и вошли в состав в ядро гелия, который состоит из двух протонов и двух нейтронов.
Таким образом, дейтерий может служить своеобразным индикатором эволюции Вселенной, поскольку количество дейтерия в мире постоянно. Вплоть до настоящего времени считалось, что в процессе формирования гелия израсходовались почти все дейтероны, и лишь 10 тысяч дейтеронов остались неизрасходованными. Исходя из этого количества дейтерия в мире, природная распространённость дейтерия составляла по расчётам не более 0.015% (от общего числа всех атомов водорода) .
О.В.Мосин Вода благодаря своеобразию своих физических и химических свойств, занимает исключительное положение в природе и играет особо важную роль в жизни человека. Вода занимает 70% земной поверхности и составляет приблизительно 70% массы человека: эмбрион состоит из воды на 95%, в теле новорожденного её – 75%, у взрослого человека – 60%, в старости её количество снижается. Содержание воды в организме идёт по экспоненте: волосы – около 10%, клетки разных тканей 60%, ЦНС – 90%. Объём воды, потребляемой человеком в сутки, составляет 2,5-3,0 литров, столько же воды и выводится. Если воды выводится на 6-8% больше нормы, то возникает мышечная слабость, головокружение, головная боль и др. явления. Избыточная потеря 10% воды приводит к более тяжёлым изменениям, а – 15-20% - вызывает смерть. Без воды человек может прожить только несколько суток.
Одним из интереснейших биологических феноменов является способность некоторых микроорганизмов расти в искусственных условиях на средах, в которых все атомы протия заменены на дейтерий (О.В. Мосин, Д.А. Складнев, В. И. Швец, 1996), хотя в природе этот изотоп составляет лишь 0,015%.
При попадании клеток в дейтерированную тяжёловодородную среду из них не только исчезает протонированная вода за счет реакции обмена Н2О-D2О, но и происходит быстрый H±D обмен в гидроксильных, сульфгидряльных и аминогруппах всех органических соединений, включая белки, нуклеиновые кислоты, липиды, сахара. Известно, что только С—Н-связь не подвергается обмену и соединения типа С—D синтезируются «de по-vo» (Чиргадзе с соавт., 1967).
Дейтерий (тяжелый водород) – один из двух стабильных изотопов водорода, ядро которого состоит из одного протона и одного нейтрона. Молекула дейтерия двухатомна. Содержание в природном водороде – 0,012–0,016%. Температура плавления – 254,5° С, температура кипения – 249,5° С. Тяжелая вода (оксид дейтерия) – изотопная разновидность воды; плотность 1,1, температура плавления – 3,8° С, температура кипения – 101,4° С.
В 1932 одно за другим следовали выдающиеся открытия в области физики: были открыты нейтрон и позитрон, разработана протоно-нейтронная теория строения ядер и релятивистская квантовая механика, построен первый циклотрон и изобретен электронный микроскоп, проведена первая реакция ядерного синтеза, экспериментально измерена скорость движения молекул. Недаром физики назвали этот год anno mirabilis – год чудес. В этом же году был открыт и второй изотоп водорода, названный дейтерием (от греческого deuteros – второй, символ D).
МЕТОД ТВЕРДОФАЗОВОЙ АДАПТАЦИИ КЛЕТОК К ТЯЖЁЛОЙ ВОДЕ
Тяжёлая вода отличается от обычной воды молекулярной массой. В молекуле тяжёлой воды в отличие от обычной воды вместо двух атомов водорода, связанных ковалентной связью с атомом кислорода в молекуле эти два атома водорода замещены на дейтерий.
Атом дейтерия отличается от атома водорода тем, что кроме протона он содержит нейтрон. Различие в нуклеарной массе атомов водорода и дейтерия и определяет те гидрофобные эффекты, которые тяжёлая вода оказывает на клетки и организм.
Важной проблемой для биосинтеза является адаптация клетки к тяжёлой воде. Долгое время считалось, что тяжёлая вода несовместима с жизнью. Известно, что высокие концентрации тяжёлой воды в ростовой среде могут вызвать ингибирование жизненно-важных функций роста и развития многих микроорганизмов [1].
Сказки про «живую» воду не были плодом фантазии. Люди давно подметили, что целебными свойствами обладает талая и ледниковая вода. Позже ученые нашли объяснение этому феномену — в ней, по сравнению с обычной, гораздо меньше молекул, где атом водорода заменен его тяжелым изотопом — дейтерием.
Легенда о «живой» воде обрела под собой твердую почву в шестидесятых годах прошлого века. В то время бурно развивалась атомная промышленность. Для ее нужд начали производить тяжелую воду. Учёные обнаружили, что побочный продукт этого производства — легкая вода (с пониженным содержанием дейтерия) — чрезвычайно благотворно влияет на живые организмы. В Московской горбольнице, где лечились атомщики, легкую воду стали использовать для оздоровления пациентов. Результаты впечатляли, но с развалом Союза у нас для научных экспериментов наступили не лучшие времена.
ДЕЙТЕРИЙ (от греческого deuteros-второй) (тяжелый водород) D, стабильный изотоп водорода с нуклеарной массой 2 ат. ед.
Ядро атома дейтерия - дейтерон состоит из одного протона и одного нейтрона, причём энергия связи между ними равна 2,23 МэВ.
Поперечное сечение ядерной реакции (n,) 53.1033 м2, поперечное сечение захвата тепловых нейтронов дейтеронами 15.1032 м2 (для протонов 3.1029м2). Молекула двухатомна, длина связи 0,07417 нм; основная частота колебаний атомов в молекуле 3118,46 см1; энергия диссоциации 440 кДж/моль, константа диссоциации К = p2D/pD2 = 4,173.1073 (293,15 К). С другими изотопами водорода дейтерий образует молекулы протодейтерия HD (мол. м. 3,02205) и дейтеротрития DT (мол. м. 5,03034).
Дейтерий (тяжелый водород) – один из двух стабильных изотопов водорода, ядро которого состоит из одного протона и одного нейтрона. Молекула дейтерия – двухатомна. Содержание в природном водороде – 0,012–0,016%. Температура плавления – 254,5° С, температура кипения – 249,5° С. Тяжелая вода (оксид дейтерия) – изотопная разновидность воды; плотность 1,1, температура плавления – 3,8° С, температура кипения – 101,4° С.
В 1932 одно за другим следовали выдающиеся открытия в области физики: были открыты нейтрон и позитрон, разработана протоно-нейтронная теория строения ядер и релятивистская квантовая механика, построен первый циклотрон и изобретен электронный микроскоп, проведена первая реакция ядерного синтеза, экспериментально измерена скорость движения молекул. Недаром физики назвали этот год anno mirabilis – год чудес. В этом же году был открыт и второй изотоп водорода, названный дейтерием (от греческого deuteros – второй, символ D).
Вода — самое распространенное вещество на Земле. 3/4 поверхности земного шара покрыты водой в виде океанов, морей, рек и озер. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в земной атмосфере; в виде огромных масс снега и льда на вершинах гор и в полярных странах. В недрах земли также находитcя вода, пропитывающая почву и горные породы.
Природная вода не бывает совершенно чистой. Наиболее чистой является талая и дождевая вода, но и она содержит незначительные количества различных природных примесей. Количество примесей в пресных водах находится в пределах от 0,01 до 0,1 % (масс.). Морская вода содержит 3,5% (масс.) растворенных веществ, главную массу которых составляет обыкновенная поваренная соль.
Вода, содержащая значительное количество солей кальция и магния, называется жесткой в отличие от мягкой воды - дождевой. Жесткая вода уменьшает процесс пенообразования, а на стенках котлов образует накипь.
Существует много технологий получения структурированной воды: омагничивание, замораживание с последующим таянием, процесс электролитического разделения воды на анолит («мертвая» вода) и католит («живая» вода), после чего образуется вода с новыми для нее свойствами, которые появляются не за счет химических воздействий, а за счет изменения волновых характеристик.
Но особые свойства вода приобретает в электрическом поле. Явление электрохимической активации воды (ЭХАВ) было открыто в 1975 г. ЭХАВ – совокупность электрохимического и электрофизического воздействия на воду в двойном электрическом слое (ДЭС) электрода (либо анода, либо катода) электрохимической системы при неравновесном переносе заряда через ДЭС электронами и в условиях интенсивного диспергирования в жидкости образующихся газообразных продуктов электрохимических реакций. В результате электрохимической активации вода переходит в метастабильное состояние, которое характеризуется аномальными значениями активности электронов и других физико-химических параметров (В.М. Бахир и др., 2001).
Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова, 117571, Москва, просп. Вернадского, д. 86.
Изотоп водорода дейтерий, содержащий в своём ядре один нейтрон, распространённый в природе (природная распространённость дейтерия составляет 0.015%) в виде тяжёлой воды, был открыт в 1939 году.
Сразу после открытия этого изотопа учёные начали проводить исследования связанные с ростом клеток на тяжёлой воде, которые привели их к неожиданным результатам. Тяжёлая вода отличается от обычной воды молекулярной массой. В молекуле тяжёлой воды в отличие от обычной воды вместо двух атомов водорода, связанных ковалентной связью с атомом кислорода в молекуле эти два атома водорода замещены на дейтерий. Основной вывод, сделанный учёными был таков - максимальные концентрации тяжёлой воды несовместимы с жизнью и приводят к гибели клетки.
Вселенная, сформировавшаяся в результате “Большого взрыва” несколько десятков миллиардов лет тому назад, была значительно горячее и плотнее, чем сейчас и состояла, в основном, из двух элементов – водорода и гелия.
Дейтерий сформировался в последующие мгновения эволюции Вселенной в результате столкновения свободного нейтрона и протона при температурах миллион градусов Цельсия. А ещё позже два атома дейтерия сформировали дейтерон и вошли в состав в ядро гелия, который состоит из двух протонов и двух нейтронов.
Таким образом, дейтерий может служить своеобразным индикатором эволюции Вселенной, поскольку количество дейтерия в мире постоянно. Вплоть до настоящего времени считалось, что в процессе формирования гелия израсходовались почти все дейтероны, и лишь 10 тысяч дейтеронов остались неизрасходованными. Исходя из этого количества дейтерия в мире, природная распространённость дейтерия составляла по расчётам не более 0.015% (от общего числа всех атомов водорода).
Рисунок на обложке. Гипотеза “Большого взрыва” предполагает образование Вселенной более десяти миллиардов лет тому назад из бесконечно малой точки со сверхкритической плотностью.
О.В. Мосин
Вселенная, образовавшаяся в результате “Большого взрыва” несколько десятков миллиардов лет тому назад, была значительно горячее и плотнее, чем сейчас и состояла, в основном, из одного элемента – водорода. Дейтерий сформировался в последующие мгновения эволюции Вселенной в результате столкновения свободного нейтрона и протона при температурах миллион градусов Цельсия. А ещё позже два атома дейтерия вошли в состав ядра гелия, который состоит из двух протонов и двух нейтронов. Таким образом, дейтерий может служить своеобразным индикатором эволюции Вселенной, поскольку количество дейтерия в мире постоянно.
Мосин Олег занимался в группе академика РАМН В.И. Швеца изучением адаптации различных клеток к тяжёлой воде на предмет получения дейтерий-меченный клеточных биологических соединений.
Новости, осень 2009 - есть решение о присвоении Мосину О.В. звания "заслуженный деятель науки". Материалы см. в конце страницы.
Моя диссертация: “Изучение методов биотехнологического получения белков, аминокислот и нуклеозидов, меченных дейтерием и 13С с высокими степенями изотопного обогащения”.
Мембранные и шприцевые фильтры производства испанской фирмы Альбет, отметившей в 2003 году свое десятилетие, разработаны специально для микрофильтрования – удерживания частиц и микроорганизмов размером от 0.025 мкм до 10 мкм.
Мембранные фильтры являются фильтрами, удерживающими частицы на своей поверхности, что означает отсутствие удерживания частиц на внутренней ткани фильтра. Благодаря равномерному и однородному распределению пор на поверхности легко определить максимальный размер частиц, которые могут пройти через фильтр, так что можно говорить об абсолютном уровне фильтрования. Эти фильтры не меняют природу фильтрата и почти не адсорбируют жидкость внутри себя.
Шприцевые фильтры (фильтрующая мембрана и держатель, выполненные в едином корпусе) являются одноразовыми фильтрующими элементами, используемыми для фильтрования небольших объемов жидкости (до 100 мл) с помощью шприцов. Альтернативным вариантом фильтрования небольших объемов является использование разъемных держателей с устанавливаемыми в них сменными мембранами. Выбор варианта фильтрования (шприцевой фильтр или держатель фильтра + мембранный фильтр) в большинстве случаев зависит от природы и объема фильтруемого раствора.
Основным и важным звеном установки является мембранный фильтр (диск-шаровой модуль). Эта модульная техника состоит из оттестованных и надежных направляющих пластин, между которыми находятся сваренные ультразвуком мембранные "подушки". Фильтрующая емкость состоит из двух сфер с фланцами для монтажа. Гидравлические или направляющие пластины имеют открытый и короткий канал движения исходной воды над мембранами. Благодаря этому, снижается образование налетов на мембранах и гарантируется получение воды высокого качества при эффективном отборе фильтрата. К преимуществам особенностей конструкции фильтра, можно отнести также эффективную очистку мембран, что приводит к длительному времени эксплуатации фильтра без их замены. Обслуживание фильтра и замена мембран являются очень простыми за счет простоты сборки фильтра.
Все приборы АКВА-ГЛОБУС® проходят тщательный контроль на качество воды, производимой при мембранной фильтрации водопроводной воды.
Запатентованный АКВА-ГЛОБУС® является современной формой для молекулярной сепарации, для опреснения и очистки городской воды на основе эффективного и экономического обратного осмоса.
Набор мембран между направляющими пластинами помещен в центр шара. Специальная конструкция позволяет проводить быстрый контроль и при необходимости замену мембран. Порядок расположения направляющих пластин и мембран позволяют добиться высокой скорости воды над поверхностью мембран при сравнительно небольшом объёме исходной воды. Открытый проточный канал над поверхностью мембран гарантирует оптимальную их работу и очистку.
