119234, Россия, Москва, Ленинские горы. Тел.: (095) 9391268; факс 939 2788

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

о влиянии изделий, содержащих пьезокерамические активаторы
(нейтрализаторы) воды (устройств для очистки воды (патент №22622 от 20.04.2002)
на свойства водопроводной и бутилированных (питьевых вод).

Введение

          На кафедре биоорганической химии Биологического факультета МГУ изучалось влияние предоставленных нам пьезокерамических изделий - устройств для очистки воды (патент №22622 от 20.04.2002) - на ряд параметров водопроводной и питьевой артезианской воды. Основной измеряемый параметр - активность воды (АВ), т.е. обнаруженная нами ранее способность воды при контакте с воздухом к самоокислению при том, что часть энергии, освобождающейся при этом окислительном процессе не рассеивается, а запасается в воде в форме активных форм кислорода (АФК), в частности, перекиси водорода и свободно-радикальных частиц.

Методическая часть.

Измерение активности воды (АВ)

Для измерения АВ мы используем тест, при котором к воде добавляется реагент, в состав которого входит соль двухвалентного железа и флуоресцирующее соединение (люминол) - оба в очень низких (микромолярных) концентрациях. Если вода содержит избыточную энергию в форме АФК, то, вследствие легкой окисляемости Fe(II), который может легко отдавать АФК дополнительные электроны, происходит восстановление электронами железа богатых энергией свободно-радикальных частиц до более устойчивых соединений, а энергия рекомбинации электронов возбуждает люминесцирующее соединение, которое высвечивает поток фотонов, регистрируемый высоко чувствительным детектором фотонов. Интенсивность вспышки излучения отражает степень активности воды.

Регистрация спонтанных кислород-зависимых окислительных процессов в воде.

Второй тип теста на окислительные процессы, протекающие в воде - регистрация люминол-зависимого излучения воды, т.е. излучения, возникающего без добавления соли железа. Такое излучение характерно для хлорированной водопроводной воды. Если исходно хлорированию подвергается вода, содержащая заметное количество органических соединений, то образующиеся хлорорганические соединения при контакте с кислородом начинают им окисляться, и в ходе таких реакций образуются перекисные радикалы. Реакции, в которые они вступают, регистрируются по высвечиванию в присутствии люминола. Чем активнее идут такие реакции «сгорания» вредной хлорорганики, тем выше интенсивность излучения. Как правило, артезианские вода и хорошо очищенная водопроводная вода дают низкий уровень свечения в присутствии люминола, и при отстаивании светящейся в ответ на добавление люминола излучение постепенно снижается, что свидетельствует о выгорании в воде органики.

Измерение рН и окислительно-восстановительного потенциала воды

Окислительно-восстановительный потенциал и рН воды измеряли при комнатной температуре на одноканальном («Эксперт-001-2.0.1»; точность ±0,2 мВ) или многоканальном («Эксперт-001-4»; точность ±1,5 мВ) анализаторе жидкости, обладающем RS232C интерфейсом для вывода данных на IBM-совместимый компьютер. Для регистрации рН использовали стеклянный комбинированный электрод ЭСК-10601, при этом после погружения электрода в исследуемую воду ждали в течение 5-10 минут до появления стабильных значений. Окислительно-восстановительный потенциал регистрировали шариковым платиновым электродом (ЭПВ-1) по отношению к хлорсеребряному электроду сравнения (Эср-10101 или ЭВЛ-1М3.1В).

Определение электропроводности воды

Измерение электропроводности проводили при комнатной температуре с помощью кондуктометра «Эксперт-002». В кондуктометрическую ячейку заливали исследуемую воду и спустя 3 минуты снимали показания прибора.

Измерение концентрации растворенного кислорода в воде

Для определения концентрации растворенного кислорода использовали либо анализатор жидкости «Эксперт-001» (точность ±0,5 мг/л), либо анализатор кислорода «НЖЮК 941429.000» (точность ±0,25 мг/л). В стеклянный сосуд, содержащий магнитный мешальник, до самого горлышка заливали образец, затем в воду погружали кислородный датчик и закрывали сосуд так, чтобы исключить газообмен между растворенным и атмосферным кислородом. Перемешивание воды осуществляли при помощи магнитной мешалки.

Влияние пропускания через устройство водопроводной воды на ее активность, измеренную с люминолом и реагентом.

В экспериментах, выполненных в период конца октября-начала ноября с водопроводной водой при пропускании ее через устройство получены следующие результаты. При измерении люминол-зависимой люминесценции воды (она отражает интенсивность протекающих в воде окислительных процессов, связанных с окислением хлорорганических соединений) обнаружено чрезвычайно резкое (почти в 100 раз) усиление излучения прошедшей через устройство в сравнении с исходной (см. табл. 1). При этом можно видеть, что если исходная вода при отстаивании начинает светиться сильнее (максимум излучения на 2-е сутки), и только затем ее излучение спадает, то вода, пропущенная через устройство, дает максимальное излучение сразу, а затем его интенсивность быстро падает и уже на 2-е сутки оно значительно ниже, чем в исходной воде.

Таблица 1.

Люминол-зависимое излучение водопроводной воды (20 мл + люминол до концентрации 25 мкМ), максимальные значения интенсивности излучения в импульсах за 6 сек.

Следовательно, пропускание водопроводной воды через устройство приводит к резкой активации протекания в ней окислительных процессов. Благодаря этому, присутствующая в воде органика выгорает гораздо интенсивнее и, очевидно, гораздо полнее, чем в просто отстаивающейся водопроводной воде.

Результаты по исследованию активации водопроводной воды с использованием  реагента, свидетельствующие о протекании в ней процессов, сопровождающихся накоплением в воде энергии, представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Интенсивность вспышек в водопроводной воде при добавлении к ней реагента(1 мл воды + 10 мкл реагента: люминол/FeSO₄). Максимальные значения интенсивности излучения в импульсах за 6 сек.

Из таблицы можно видеть, что при отстаивании как исходной, так и пропущенной через устройство водопроводной воды в ней накапливается энергия (интенсивность вспышек излучения в ответ на реагент растет). Интересно отметить, что в первые сутки отстаивания воды скорость роста АВ в исходной воде выше, чем в воде пропущенной через устройство, однако уже на 2-е сутки и позднее АВ профильтрованной становится выше, чем в исходной.

На основании нашего предыдущего опыта работы с водопроводной водой следует отметить, что вода, поступавшая в период конца октября-начала ноября, отличалась очень низким уровнем люминол-зависимой люминесценции (в 20-50 раз ниже обычного), а ее активность при отстаивании, измеряемая с помощью реагента, росла быстрее обычного. Это свидетельствовало о достаточно высоком качестве исходной воды. Но даже и на этом фоне пропускание воды через устройство ускоряло ее активацию.

Влияние пропускания воды через устройство на другие ее показатели представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Влияние пропускания водопроводной воды через устройство на некоторые ее параметры.

Из представленных в таблице данных можно сделать следующие выводы:

1.      Сразу после пропускания водопроводной воды через устройство повышается ее значение рН, несколько повышается электропроводность и снижается содержание в воде кислорода. Последнее обстоятельство связано с тем, что в использованной водопроводной воде исходное содержание кислорода необычно высоко - оно на 15% выше равновесного (принятого за 100% для дистиллированной воды при той же температуре и давлении и после полного уравновешивания дистиллированной воды с воздухом). Возможно, при протекании воды в устройстве по сложной траектории происходит удаление из нее избыточного кислорода. Однако тем же самым объяснить изменение других показателей воды трудно. Из таблицы видно также, что степень изменения показателей зависит от скорости пропускания воды через устройство - они заметны при скорости 10 л/час и практически отсутствуют при скорости 250 л/ч.

2.      После 5-дневного отстаивания исходной и пропущенной через устройство водопроводной воды различия в измеренных показателях исчезают. В то же время, как видно из данных табл. 1 и 2, различия в активности воды и интенсивности протекающих в ней окислительных реакциях сохраняются. Таким образом, различные методы, используемые для оценки свойств воды, отличаются разной чувствительностью. По нашим данным, наиболее высокой чувствительностью отличаются методы регистрации слабого излучения воды.

В то же время после пропускания артезианской воды через устройство ее способность к активации резко изменилась (табл. 4). Как видно из представленных в таблице данных, активность скважинной воды после устройства в течение первых суток возрастает значительно медленнее, чем исходной воды, но уже на вторые сутки она становится выше, а на 5-е сутки ее активность в несколько раз превышает таковую исходной воды. Т.е. в результате пропускания артезианской воды через устройство она приобретает способность активироваться до существенно более высоких значений, хотя эта способность реализуется медленнее, чем в исходной воде.

Таблица 4.

Интенсивность вспышек в артезианской воде при добавлении к ней реагента(1 мл воды + 10 мкл реагента: люминол/FeSO₄). Максимальные значения интенсивности излучения в импульсах за 6 сек.

Следует подчеркнуть, что эти результаты принципиально совпадают с теми, что были получены для водопроводной воды, хотя выражены намного ярче.

Влияние пропускания водопроводной воды через устройство в зависимости от присутствия в нем пьезокристалла.

Влияние активации на протекающие в воде процессы могут быть связаны не только с действием на нее пьезокристалла, но и с протеканием воды по сложной траектории в устройстве и взаимодействием с материалом, из которого он выполнен. Для выяснения вклада каждого из этих факторов было проведено исследование на образце устройства  (значительно больших размеров, чем первый), в котором была возможность удалять из него кристалл.

Полученные результаты представлены в таблице 5. Следует отметить, что использованная в этот период водопроводная вода при добавлении к ней люминола вообще не люминесцировала, что свидетельствовало о практическом отсутствии в ней окисляемых кислородом воздуха хлорорганических соединений и их радикалов. После пропускания воды через устройство с изъятым из него кристаллом уже через сутки наблюдалась значительно более интенсивная вспышка в ответ на добавление реагента, чем в исходной воде, что свидетельствовало о высокой степени ее активации. При дальнейшем отстаивании как исходной, так и пропущенной через устройство воды активность воды, пропущенной через корпус устройства возрастает намного быстрее, чем исходной, однако активность воды, пропущенной через полноценное устройство (с кристаллом) возрастает до несколько более высокого уровня, хотя в течение первых суток отстаивания эта разница остается незначительной. Интересно отметить, что на третьи сутки происходит резкое снижение активности во всех пробах, а на следующие сутки она снова возрастает. Такой характер изменения АВ в процессе ее отстаивания наблюдался нами и ранее, и он связан с некими внешними причинами, действующими на все воды. При этом видно, что когда АВ на 4-е сутки возрастает, ее уровень в воде, пропущенной через полноценный устройство оказывается наиболее высоким по сравнению со всеми другими пробами.

Таблица 4.

Интенсивность вспышек в артезианской воде при добавлении к ней реагента(1 мл воды + 10 мкл реагента: люминол/FeSO₄). Максимальные значения интенсивности излучения в импульсах за 6 сек.

Следовательно, пропускание водопроводной воды через устройство как таковой способствует ее активации, а пьезокристалл усиливает этот эффект и делает его более устойчивым.

Бесконтактное влияние пьезокристаллов на артезианскую и водопроводную воду.

Для исследования бесконтактного влияния на воду пьезокристаллов использовали кристалл от второго устройства. При использовании кристаллов на них ставили образцы воды (по 50 мл) в стеклянной колбе и определяли активность воды с реагентом в сравнении с активностью воды в такой же контрольной колбе, которая стояла вдали от кристалла. Результаты представлены в табл. 5.

Таблица 5.

Интенсивность вспышек в артезианской воде стоящей на активаторе и в контроле при добавлении к ней реагента(1 мл воды + 10 мкл реагента: люминол/FeSO₄) . Максимальные значения интенсивности излучения в импульсах за 6 сек.

Как видно из таблицы, активатор влияет на скорость активации воды: в первые сутки после того, как бутыль с водой была открыта, ее активация при контакте колбы с водой с пьезокристаллом происходила в первые двое суток медленнее, чем в контроле. Это совпадает с результатами, полученными в ранние сроки при активации воды через устройства, содержащие пьезокристаллы.

При выдерживании водопроводной воды над большим пьезокристаллом (от второго устройства) также было отмечено его влияние на активацию воды, причем характер активации был таким же, как при пропускании воды через устройство (табл. 6), т.е. первоначально активация несколько тормозилась, а затем активность воды, стоящей над кристаллом стала выше, чем в контроле.

Таблица 6.

Интенсивность вспышек в водопроводной воде, стоящей на большом кристалле и в контроле при добавлении к ней реагента(1 мл воды + 10 мкл реагента: люминол/FeSO₄) . Максимальные значения интенсивности излучения в импульсах за 6 сек.

Основные выводы:

1.      Изделия из пьезокерамики обладают способностью без непосредственного контакта с водой активировать в ней окислительные процессы. За счет этого в водопроводной воде ускоряется окисление содержащихся в ней примесей, а затем происходит ее активация. Активность артезианской воды возрастает до более высоких значений, чем в контроле.

2.      Скорость и степень активации воды под действием пьезокерамики зависит от исходного состава воды.

3.      Метод анализа воды по ее люминесценции является высоко чувствительным и позволяет с большой уверенностью утверждать о наличии или отсутствии влияния слабых внешних воздействий на воду.

Таким образом, основная поставленная перед нами задача - выяснить возможность использования разработанных нами тестов для изучения воздействия на воду пьезокристаллических изделий - выполнена. Показано, пьезокристаллы активируют протекающие в воде окислительные процессы, а разработанные нами тесты могут успешно применяться для анализа беконтактного воздействия на воду пьезокристаллов.

Перспективы дальнейших исследований.

В последнее время появляется все больше свидетельств того, что биологическая ценность воды определяется помимо присутствующих в ней тех или иных химических соединений -- ионов, микроэлементов, соединений, определяющих ее вкус и запах, другими параметрами, такими, как рН, кислородная насыщенность, еще и тем ее физико-химическими свойствами, которые пока не тестируются общепринятыми стандартными методиками. Имеется в виду "энергонасыщенность" или "активность" воды. Мы обнаружили, что в воде могут непрерывно протекать процессы ее окисления кислородом ("горение воды"), при которых часть освобождающейся энергии сохраняется в воде, повышая ее энергетический потенциал. Можно предположить, что энергия сохраняется в форме замкнутых электронных токов за счет переноса электронов от одних структурированных элементов воды другим. При взаимодействии с биологическими системами эта энергия освобождается и может использоваться как энергия активации ("зажигания") протекающих в воде химических и биохимических реакций. В зависимости от энергонасыщенности воды в ней, по-видимому, по-разному могут происходить и кристаллизация, гелеобразование и другие процессы. Активация воды, содержащейся в виде малых примесей в других объектах (нефтепродукты, органические растворители и др.) может влиять на их химическую активность. Воды с разной энергонасыщенностью обладают, очевидно, и разной биологической ценностью. Однако эти предположения требуют строгого научного подтверждения и выбора оптимальных условий активации воды.

Ранее мы обнаружили, что очень многие природные воды из артезианских источников, которые относят к высококачественным питьевым водам, обладают способностью к горению. Водопроводная вода, воды из поверхностных водоемов, содержащие органику, исходно этой способностью не обладают. Поскольку после пропускания водопроводной воды через фильтр Антипова ее способность к горению восстанавливается, можно рассматривать использование фильтра для "оживления" воды в качестве перспективного направления.

Представляет интерес изучить, как влияет пропускание через устройство других вод, в частности, сточных, на их способность к самоочищению и эффективность их биологической очистки. Если пьезокристаллы способствуют очистке воды, это может дать большой экономический эффект.

Наш опыт показывает, что очистка воды от органических и неорганических примесей многими общепринятыми методами позволяет получить воду, отвечающую принятым в настоящее время требованиям к питьевым водам, но такие воды практически неактивны в использованном нами тесте. Очень вероятно, что неактивной является и вода, полученная путем обессоливания. Представляет интерес исследовать, могут ли пьезокристаллы восстановить присущее природной артезианской воде свойство активации при контакте с кислородом воздуха.

Возможно также, что в пропущенной через устройство воде могут резко измениться свойства микроорганизмов. Все имеющиеся данные говорят о том, что патогенные микроорганизмы могут обитать только в неактивной воде, тогда как в активной они либо погибают, либо теряют свои патогенные свойства, приобретая, напротив, свойства, полезные для животных и растений, с которыми микроорганизмы находятся в симбиотических отношениях.

Можно ли пить пропущенную через устройство воду? С большой вероятностью можно сказать, что если на входе вода отвечает принятым стандартам СНИП для питьевой воды, то на выходе они не изменятся, а если изменятся, то в лучшую сторону. С другой стороны, потребление активной воды должно в подавляющем большинстве случаев оказывать благоприятное воздействие на организм за счет укрепления его защитных сил (иммунитета). Это одинаково относится как к человеку, так и к животным и растениям.

Есть основания предполагать, что при смешивании пропущенной через устройство активной воды с неактивной, первая может способствовать восстановлению естественных свойств последней, т.е. устройство может быть использовано даже для улучшения качества воды в небольших водоемах. например, в прудах рыбоводческих хозяйств.

Не исключено, что если для приготовления лекарственных препаратов использовать активированную воду, то можно снизить их дозировки, и тем самым снизить вероятность побочных эффектов.

Здесь приведена лишь часть возможностей, которые могут быть реализованы при использовании различных модификаций устройства Normaqua.