Влияние у - облучения на электропроводность водных растворов сахаров и хлоридов щелочных металлов

Аунг Мю У (1), Фенин А.А. (1), Ермаков В.И. (VIErmakov@rctu.ru) (1), Шарпатый В.А. (2),

Магомедбеков Э.П.

(1) РХТУ им. Д.И. Менделеева (2) ИБХФ РАН

Современная цивилизация все более интенсивно использует различные виды электромагнитных полей. На первое место следует отнести излучения, связанные с ядерной энергетикой. Поэтому особую значимость приобретают эффекты воздействия таких излучений на биологические объекты и, в первую очередь, на человеческий организм. Мало изучена роль структуры жидкой фазы в эффектах данных взаимодействий, хотя известно, что человеческий организм более, чем на 90% (по молекулярной массе) представляет собой воду и водные растворы электролитов и органических веществ.

Известно[1], в частности, что с повышением концентрации растворов электролитов, которыми также являются и биологические жидкости, размеры их ионных атмосфер уменьшаются и становятся при некоторых концентрациях электролита соизмеримыми с размерами гидратных (в общем случае - сольватных) комплексов. Это обстоятельство, приводит к появлению, так называемых структурно тормозящих эффектов, когда «свободные» отклонения ионов от положения равновесия под действием внешнего по отношению к ним электрических полей становятся меньшими, но могут происходить чаще. Сказанное соответствует возросшей частоте приложенного поля и приводит к возрастанию электропроводности растворов. Данный вывод был подтвержден измерениями высокочастотной электропроводности, в частности, растворов иодистого калия в воде, метаноле и ацетоне и водных растворов хлористого калия с добавлением сахара. По достижению определенной концентрации тормозящее действие сольватирующих ион молекул растворителя, которые заполняют пространство между ионом и периферией его ионной атмосферы, проявляется тем раньше, чем больше размеры молекул растворителя (вода, метанол, ацетон). Тот же эффект возникает и при введении в водный раствор хлорида калия крупных молекул сахара, которые располагаются в пространстве между центральным ионом и периферией ионной атмосферы. Это приводит к затруднению колебательных движений центрального иона относительно противоположно заряженной его ионной оболочки. В результате структурно-дисперсионные эффекты проявляются при больших частотах приложенного поля и большей концентрации электролита.

В настоящей работе поставлена задача выяснить возможные проявления при у-радиолизе структуры (внутренней организации) физиологических растворов, содержащих сахара и соли щелочных металлов. С учетом вышеизложенного в качестве метода исследования был выбран метод электропроводности. Однако измерения проводились не в области радиочастот (105-108 Гц), а с помощью низкочастотной кондуктометрии на частоте 1000 Гц, поскольку этим способом величина электропроводности может быть измерена с достаточно высокой точностью, необходимой для обнаружения структурных факторов в условиях радиолиза.

Объекты исследования и методика проведения эксперимента

Были исследованы водные растворы состава NaCl+KCl+CaCl2+Sg (Sg -глюкоза, сахароза, крахмал). После приготовления водного раствора электролита в него вводились навески сахара. Приготовленные растворы вначале использовались для измерения их электропроводности (ЭП), а затем подвергались у-облучению на установке РХМ- у20. Мощность дозы облучения составляла 0.29 Гр/с. Концентрации солей и Sg приведены ниже в соответствующих таблицах экспериментальных данных.

Установка для измерения электропроводности приведена на рис.1. Она представляет собой обычный кондуктометрический мост, с помощью которого определялось сопротивление измерительной ячейки с раствором R = 1/а%. Значение константы использованной ячейки (рис.1Ь) а ~ 0.07 см, что позволяет найти удельную электропроводность % исследованных растворов. Однако величина % (для исследованных растворах она лежит в области 0.015 См.см ) в каждом конкретном случае нами не рассчитывалась, поскольку основная цель данной работы состояла в констатации тех изменений в растворах, которые происходили в результате облучения. Температура в процессе облучения находилась вблизи комнатной (не контролировалась), а кондуктометрические измерения происходили при t = 25°C.

Рис.1. Кондуктометрическая установка, использованная в работе (слева; 1 - звуковой генератор, 2 - осциллографический индикатор нуля, 3 - мост типа , 4 - измерительная ячецка, 5 - термостат) и основные типы измерительных ячеек (справа, a - для слабо проводящих растворов, Ь - для хорошо проводящих растворов. 1 - термостатирующая рубашка, 2 - электроды, 3 - кран, 4 - патрубок для подключения к термостату, 5 -носик для забора измеряемого раствора.).

Результаты эксперимента и их обсуждение

Рассмотрим изменения под влиянием у - облучения сопротивления R растворов с различным содержанием сахара, табл.1, рис.2. Из таблицы1 следует, что с ростом конценцентрации сахара электрическое сопротивление раствора увеличивается, рис.2, что и следовало ожидать, поскольку вязкость растворов возрастает, и, следовательно, скорость движения ионов уменьшается. Мы видим также, что радиолитический эффект усиливается с ростом концентрации сахарозы, о чем свидетельствует увеличение разно стей ординат AR = R1 - R2 (рис. 2Б). Иначе говоря, чем больше содержание сахарозы в растворе, тем больше возрастает его

Табл.1. Изменения под влиянием у - облучения сопротивления R растворов с различным содержанием сахара. Концентрация солей: NaCl (8.0 г/л, 0.14 м/л; KCl (0.2 г/л, 2.7. 10-3 м/л); CaCl2 (0.2) г/л, 1.8Т03 м/л)

40

35

30

25

20

15

AR, Ом

Б

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 О Логарифм концентрации сахарозы, г/л

Рис.2. А - Изменение сопротивления физиологических растворов в зависимости от концентрации сахарозы до облучения (R1) и после облучения (R2). Б - изменение сопротивления данных растворов (возрастание радиолитического эффекта) как функция логарифма концентрации сахарозы.

оказывается практически линейной функцией логарифма концентрации сахарозы (коэффициент корреляции corr(AR,logC) = 0.988). Это означает, что радиолитический эффект в зависимости от концентрации изменяется по экспоненциальному закону.

Характеризуя процесс радиолиза изменениями ЭП, нельзя не учитывать влияния на нее приращений pH растворов, происходящих вследствие гидролиза сахарозы. Для выяснения этого влияния были получены данные об изменениях pH водных растворов сахарозы от времени хранения (без электролита), табл.2, и изменениях pH в процессе у-облучения растворов электролит + сахароза, табл.3.

Как следует из табл.2 и графиков, рис.3, построенных согласно этой таблице, pH растворов несколько возрастает с ростом концентрации сахарозы и длительностью их хранения, рис.2. Более подробно зависимости, рис.3, изображены на рис.4, на котором представлены особенности изменений pH от времени хранения растворов с различными концентрациями сахарозы. Все они имеют одинаковый вид с максимумом

электропроводность при облучении (кривая R2 - C, рис.2 А) поскольку кривая R1 - C опускается все ниже. Данный эффект