Спосіб кріоскопічної кристалографії води для аналізу її структурної будови

Реферат: Спосіб кріоскопічної кристалографії води для аналізу її структурної будови включає приготування препарату "роздавлена крапля", при якому на чисте знежирене предметне скло наносять краплю досліджуваної води, накривають її покривним скельцем та піддають мікроскопуванню. Перед мікроскопуванням підготовлений препарат разом із предметними стеклами піддають заморожуванню при температурі замерзання досліджуваної води. UA 75230 U (54) СПОСІБ КРІОСКОПІЧНОЇ КРИСТАЛОГРАФІЇ ВОДИ ДЛЯ АНАЛІЗУ ЇЇ СТРУКТУРНОЇ БУДОВИ UA 75230 U UA 75230 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до лабораторних досліджень рідинних субстанцій, у тому числі води, і може бути застосована, наприклад, для мікроскопічного аналізу її структурного стану і структурних перетворень внаслідок різноманітних хімічних, фізичних та хіміко-фізичних методів активації води та рідинних субстанцій на її основі, які використовують для водопідготовки, водоочищення та знезараження води, у тому числі і питної. Відомий спосіб мікроскопічного аналізу забруднень та стану води, який ґрунтується на глибокому заморожуванні крапель води до утворення осібних кристалів та сніжинок, мікроскопування утворених із заморожених крапель сніжинок та порівняльний аналіз їх форми, чистоти та забарвленості. За відхиленнями форми, чистоти та забарвленості кристалів та сніжинок від еталонних роблять висновки про ступінь забрудненості води, її структурну будову [http://www.vox.com.ua/2008/01/18/taymnytsi-vody.phtml; Лідія Подолян. Думка в кристалі води. – "Дзеркало тижня". - № 26, 07 липня 2007 (http://dt.ua/HEALTH/dumka v kristali vody-50609.html)]. Так, сніжинки із крапель джерельної води та води, активованої сріблом, мають білий колір або прозоре забарвлення, що свідчить про відсутність у воді домішок, вони чітко відокремлені одна від одної, їх будові притаманні геометрично ідеальні форми, що підтверджує мономолекулярну будову досліджуваної води. Хімічно забрудненій воді та воді, підданій фізичним впливам надмірної інтенсивності, властива переважно кластерна будова (блокові скупчення молекулярних блоків) та втрата прозорості. При спостереженнях таких глибоко заморожених крапель в окулярі мікроскопа вони відображаються у вигляді об'ємних кристалічних нагромаджень. Збільшення забрудненості води тут відображається у втратах осібними сніжинками правильності геометричних форм, що наростають по мірі збільшень забрудненості та інтенсивності сторонніх впливів, у втраті білизни забарвленості та переході кольорів від білого до брудно-коричневих та темних. Візуально порівнюючи зображення крапель досліджуваної глибоко замороженої води із еталонними відображеннями, роблять висновки про ступінь забрудненості води та її структурну будову. Обмеженням у застосуванні даного способу кристалографії є його спрямованість на виключно якісні показники, залежність від індивідуальних особливостей спостерігача-дослідника, неспроможність залучення математичних апаратів для кількісного аналізу стану води та її забрудненості. Певні і непідконтрольні впливи на структуру досліджуваної води має тут і безпосередньо сам процес глибокого заморожування її піддослідних крапель. Відомий спосіб візуалізації клітин мікроорганізмів в рідких середовищах, що є одним із методів їх ідентифікації, який ґрунтується на приготуванні препарату "роздавлена крапля" і включає нанесення петлею на чисте знежирене предметне скло краплі стерильної води, профламбовування в полум'ї пальника і охолодження мікробіологічної петлі, якою із пробірки з досліджуваною чистою культурою відбирають певну кількість мікробної маси і рівномірно розподіляють її в краплі води з подальшим накриванням покривним скельцем. Приготований препарат "роздавлена крапля" розглядають під мікроскопом, здійснюючи відповідний аналіз мікробної маси [Слюсаренко Т.П. Лабораторный практикум по микробиологии пищевых производств. - М: Легкая и пищевая промышленность, 1984. – 208 с.]. Певним обмеженням у застосуванні способу "роздавленої краплі" є непридатність його для структурного аналізу води, у тому числі і активованої, через розмитість контурів її молекулярних блоків в окулярі мікроскопа. Відомим методом довготривалого збереження мікробної маси у препараті "роздавлена крапля" є глибоке заморожування препарату, яке однак, як правило, супроводжується інгібуванням дією холоду розвитку досліджуваних мікроорганізмів. У основу корисної моделі поставлено задачу створення способу кріоскопічної кристалографії води для аналізу її структурної будови, у якому, завдяки обмеженням просторових переміщень та спотворень молекулярних блоків досліджуваних крапель води на етапі приготування піддослідних препаратів, забезпечується чіткість контурів молекул та їх блоків, що надає можливість їх якісного та кількісного аналізу. Поставлена задача вирішується тим, що в способі кристалографічного аналізу структурної будови води на основі приготування препарату "роздавлена крапля", який включає нанесення на чисте знежирене предметне скло краплі досліджуваної води, накривання її покривним скельцем та мікроскопування, згідно корисної моделі, підготовлений препарат разом із предметними стеклами перед мікроскопуванням піддають заморожуванню при температурі замерзання досліджуваної води. Заморожування тонкого придавленого покривним скельцем прошарку досліджуваної води у препараті "роздавлена крапля" при температурі замерзання води, що суттєво вища температури глибокого заморожування, запобігає супутнім глибокому заморожуванню просторовим переміщенням блоків молекул води та видозмінам її структурної будови, що у кінцевому результаті не вносить непідконтрольних похибок в аналіз та заміри. На відміну 1 UA 75230 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 розмитим контурам термічно необробленої "роздавленої краплі" досліджуваної води, її заморожування обмежує просторові переміщення молекулярних блоків, формує їх у плоскі кристали, що чітко відображаються в окулярі мікроскопа, а отже і піддаються підрахунку. На противагу глибокому заморожуванню крапель досліджуваної води без покривного скельця, де крапля постає у формі об'ємного монокристалу і структура її молекулярних блоків спотворюється, придавлена покривним скельцем "крапля" має плоску форму, сформовані із молекул води та їх блоків кристали тут чітко окреслені і не спотворені, що дозволяє їх легко візуально виокремити від оточуючих сусідніх та облікувати. У кінцевому, все це дозволяє перейти від малоефективного візуального якісного аналізу структурної будови проб води до її більш точного та продуктивнішого аналізу в супроводі кількісного обліку. Суть способу кріоскопічної кристалографії води для аналізу її структурної будови проілюстрована на фіг. 1-8, де як приклад відображені мікрофотографії проб "роздавленої краплі" різноманітної води у вихідному та замороженому станах при 600-кратному збільшенні. На фіг. 1 відображена мікрофотографія "роздавленої краплі" проби джерельної води у вихідному стані без заморожування препарату, на фіг. 2 - мікрофотографія замороженої "роздавленої краплі" проби цієї ж води, на фіг. 3 - мікрофотографія "роздавленої краплі" проби дистильованої води у вихідному стані без заморожування препарату, на фіг. 4 мікрофотографія замороженої "роздавленої краплі" проби дистильованої води. На фіг. 5-8 відображені мікрофотографії проб водопровідної води Львівського водогону в різноманітних її станах, включно із активуючою обробкою. Так, на фіг. 5 подана мікрофотографія "роздавленої краплі" проби цієї водопровідної води у вихідному стані без заморожування препарату, на фіг. 6 мікрофотографія замороженої "роздавленої краплі" проби цієї ж води у вихідному стані (без активуючої обробки), на фіг. 7 - мікрофотографія замороженої "роздавленої краплі" проби водопровідної води, активованої ультразвуковою кавітаційною обробкою, на фіг. 8 мікрофотографія замороженої "роздавленої краплі" проби води, активованої віброрезонансною кавітаційною обробкою. У всіх дослідах препарат "роздавлена крапля" проб води підготовлювали за однаковою методикою: на чисте знежирене предметне скло петлею наносили краплю проби води, яку накривали покривним скельцем. Приготовані препарати "роздавлена крапля" всіх вихідних проб води одразу розглядали під мікроскопом (фіг. 1, 3, 5), а всі інші - спершу піддавали заморожуванню при температурі -(4-5)ºС, а потім розглядали під мікроскопом (фіг. 2, 4, 6-8). Витримування заморожених препаратів "роздавлена крапля" при понижених температурах у всіх дослідах була однаковою і для надійної фіксації та стабілізації сформованих кристалів води становила 30 хв. Кратність збільшення окуляра мікроскопа при мікрофотографуванні у всіх випадках становила 600. Наведені фотографії відображають переваги запропонованого способу кріоскопічної кристалографії води при аналізі її стану та структурної будови порівняно із відомими. Так, на мікрофотографіях препарату "роздавлена крапля" всіх проб вихідної води без температурної обробки (без заморожування) (фіг. 1, 3, 5) контури молекулярних блоків води, не залежно від їх різновиду - джерельна, дистильована чи водопровідна, розмиті і зливаються у єдину малопридатну для структурного аналізу пляму. Тут можна лише за змінами кольору та прозорості візуально якісно оцінювати ступінь забрудненості досліджуваної води. Мікрофотографії замороженої "роздавленої краплі" проб води (фіг. 2, 4, 6-8) значно інформативніші. Тут у вигляді чітко окреслених заморожених кристалів-молекулярних блоків простежується структурна будова проби досліджуваної води. Еталонною тут є джерельна вода (фіг. 2), крупнозерниста будова кристалів якої, їх наближеність до геометрично правильних форм, підтверджують мономолекулярну структурну будову джерельної води. Дистильованій воді, як слідує із мікрофотографії (фіг. 4) її замороженого препарату "роздавлена крапля", властиві дещо менша зернистість та впорядкованість кристалів, порівняно із джерельною водою. Однак, розміри її кристалівмолекулярних блоків суттєво переважають розміри блоків водопровідної води (фіг. 6), якій внаслідок її кластерної структурної будови, притаманна дрібнозернистість та спресованість молекулярних блоків. Перевагою способу кріоскопічної кристалографії води є і його чутливість та значна роздільна здатність до графічного відтворення результатів технологічних фізичних впливів на воду із метою її активації. Як слідує із мікрофотографій (фіг. 7, 8), активуюча кавітаційна обробка водопровідної води тут проявляється у збільшенні розмірів кристалів-молекулярних блоків до розмірів, співрозмірних чи наближених до розмірів джерельної води, що свідчить про структурну її перебудову внаслідок активації від кластерного до більш досконалого і кориснішого із позицій споживчих властивостей мономолекулярного стану. Активуючу кавітаційну обробку водопровідної води тут здійснювали на ультразвуковому кавітаторі із 2 UA 75230 U 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 інтенсивністю кавітаційного поля 1,65 Вт/см при частоті ультразвукових випромінювань магнітостріктора 22 кГц (фіг. 7) та вібраційному кавітаторі в діапазоні частот 50-150 Гц при амплітудах коливань збурювачів кавітації 0,5-2,5 мм. У загальному, методи активації води, не залежно від способів їх здійснення, передбачають зміну структурної будови води від дрібнозернистої блокової кластерної до крупнозернистої мономолекулярної. Саме у мономолекулярному стані структурної будови, найяскравішим прикладом якої є джерельна вода, їй притаманні найвища розчинна здатність та зумовлені цим найкращі споживчі властивості. На мікрофотографіях заморожених "роздавлених крапель" активація води проявляється у видозмінах розмірів кристалів-молекулярних блоків, розміри яких наростають по мірі збільшення інтенсивності та ефективності активуючої обробки (фіг. 7, 8). При цьому, найбільшими є розміри монокристалів, притаманних джерельній воді із властивою їй мономолекулярною структурною будовою (фіг. 2). Окрім якісної оцінки стану води, на заморожених препаратах "роздавлена крапля" можна здійснювати і кількісний аналіз її стану. Для цього, умовно виділивши на мікрофотографії геометричну плоску фігуру, наприклад, квадрат із певною довжиною сторони, вираховують кількість розміщених в ній окремих блоків, а за змінами їх кількості – роблять висновок про стан досліджуваної води. Так, згідно мікрофотографіям, кристали джерельної води (фіг. 2) на 24 % перевищують розміри кристалів дистильованої (фіг. 4) та вдвічі розміри кристалів водопровідної (фіг. 6) води. На вищевказаних мікрофотографіях препаратів замороженої "роздавленої краплі" проб активованої кавітаційною обробкою води (фіг. 7, 8) чітко простежуються збільшення розмірів осібних кристалів відносно вихідної водопровідної води, що свідчить про перехід її в результаті активації до мономолекулярного стану. Відносні зміни розмірів кристалів, в межах умовно виділених квадратів, тут легко прораховуються і у даному випадку становлять приблизно 5055 % для води, активованої ультразвуковою обробкою із інтенсивністю кавітаційного поля 1,65 3 Вт/см (фіг. 7), та 28-35 % - для води, активованої віброрезонансною кавітаційною обробкою з 3 інтенсивністю кавітаційного поля 0,50-0,65 Вт/см (фіг. 8). Різні ступені структурних видозмін молекулярної будови проб води тут зумовлені суттєвою відмінність забезпечуваних при порівнюваних активуючих обробках інтенсивностей кавітаційних полів. За підрахунками блоків кристалів на мікрофотографіях препаратів заморожених "роздавлених крапель" проб води можна судити і про відносну ефективність тих чи інших фізичних впливів на воду. Так, розміри блоків кристалів активованої ультразвуковою обробкою води (фіг. 7) приблизно на 40-45 % перевищують за розмірами кристали води, активованої віброрезонансною обробкою (фіг. 8), що свідчить про суттєво вищу ефективність ультразвукової обробки. Запропонований спосіб кріоскопічної кристалографії води для аналізу її структурної будови може використовуватись для оптимізації технологічних параметрів процесів активації води на етапах її водопідготовки та водоочищення, для лабораторних аналізів структурної будови питної та побутової води, технологічної води для консервування та переробки харчових продуктів, води для відгодовування тварин та птиці тощо. Його перевагами, порівняно із відомими, є: - спроможність не тільки для порівняльного якісного аналізу забрудненості води за змінами її прозорості та забарвленості, а і придатність для кількісної оцінки ступеня структурних видозмін; - придатність для порівняльної оцінки ефективності методів активації води на підставі порівняльного аналізу забезпечуваних ними розмірів заморожених кристалів-блоків молекул активованої води у препаратах "роздавлена крапля". ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 Спосіб кріоскопічної кристалографії води для аналізу її структурної будови, що включає приготування препарату "роздавлена крапля", при якому на чисте знежирене предметне скло наносять краплю досліджуваної води, накривають її покривним скельцем та піддають мікроскопуванню, який відрізняється тим, що підготовлений препарат разом із предметними стеклами перед мікроскопуванням піддають заморожуванню при температурі замерзання досліджуваної води. 3 UA 75230 U Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4