ไอโซโทโพลอกส์เป็นโมเลกุลที่แตกต่างกันเฉพาะในองค์ประกอบไอโซโทปของอะตอมที่พวกมันประกอบขึ้น ไอโซโทโพลอกประกอบด้วยอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีบางอย่างอย่างน้อยหนึ่งอะตอมซึ่งมีจำนวนนิวตรอนแตกต่างจากส่วนที่เหลือ

โมเลกุลของน้ำประกอบด้วยไฮโดรเจนสองอะตอมและออกซิเจนหนึ่งอะตอม

ไฮโดรเจนมีไอโซโทปเสถียร 2 ไอโซโทป - โปรเทียม (H) - 1 H และดิวทีเรียม (D) - 2 H

ออกซิเจนมีไอโซโทปเสถียรสามไอโซโทป: 16 O, 17 O และ 18 O (ตารางที่ 1)

ตารางที่ 1. ไอโซโทปของน้ำ

การรวมกันของไอโซโทปเสถียร 5 ไอโซโทปของไฮโดรเจนและออกซิเจนทำให้เกิดชุดโมเลกุลของน้ำไอโซโทป 9 ชุด (ตารางที่ 2)

ตารางที่ 2. ไอโซโทโพลอกของน้ำ

โมเลกุล 1 H 2 16 O เป็นโมเลกุลที่เบาที่สุดในบรรดาไอโซโทโพลอกของน้ำ เป็นน้ำ 1 H 2 16 O ที่ควรถือเป็นน้ำคลาสสิกหรือน้ำเบา

น้ำเบาที่เป็นองค์ประกอบโมโนไอโซโทป 1 H 2 16 O เป็นกรณีที่จำกัดความบริสุทธิ์ของไอโซโทป ภายใต้สภาพธรรมชาติ น้ำแสงบริสุทธิ์ดังกล่าวจะไม่มีอยู่จริง เพื่อให้ได้ไอโซโทโพลอก 1 H 2 16 O จะทำหรือสังเคราะห์น้ำธรรมชาติแบบหลายขั้นตอนอย่างละเอียดจากองค์ประกอบเริ่มต้น 1 H 2 และ 16 O 2 น้ำธรรมชาติเป็นส่วนผสมหลายองค์ประกอบของไอโซโทโพลอก เนื้อหาของไอโซโทโพโลยีที่เบาที่สุดในนั้นเกินกว่าความเข้มข้นของไอโซโทปอื่น ๆ ทั้งหมดรวมกันอย่างมีนัยสำคัญ ในน้ำธรรมชาติ 1,000,000 โมเลกุลประกอบด้วยโมเลกุลของ 1 H 2 16 O โดยเฉลี่ย 997,284 โมเลกุล, 1 H 2 16 O 311 โมเลกุล, 1 H 2 17 O 390 โมเลกุล และ 1 H 2 18 O ประมาณ 390 โมเลกุล ความเข้มข้นของโมเลกุลของน้ำ ที่มีไอโซโทปหนัก D , 17 O, 18 O ในน้ำธรรมชาติมีความผันผวนภายในขอบเขตที่บันทึกไว้ในมาตรฐานหลักขององค์ประกอบไอโซโทปของไฮโดรสเฟียร์ SMOW และ SLAP (ตารางที่ 3) ปริมาณน้ำหนักของไอโซโทโพลอกในน้ำธรรมชาติคำนวณจากข้อมูลการระบุปริมาณโดยตรงด้วยสเปกโทรสโกปีระดับโมเลกุล

ตารางที่ 3 ปริมาณน้ำหนักที่คำนวณของไอโซโทโพลอกในน้ำธรรมชาติ สอดคล้องกับมาตรฐานสากล SMOW (น้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ย = 18.01528873) และ SLAP (น้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ย = 18.01491202)

ดังที่เห็นได้จากตารางที่ 3 ในน้ำธรรมชาติ ความเข้มข้นของน้ำหนักของไอโซโทโพลอกหนักสามารถสูงถึง 2.97 กรัม/กิโลกรัม ซึ่งเป็นค่าที่มีนัยสำคัญเมื่อเทียบเคียงได้ เช่น ปริมาณของเกลือแร่

น้ำธรรมชาติซึ่งมีปริมาณไอโซโทโพลอก 1 H 2 16 O ใกล้เคียงกับมาตรฐาน SLAP และยังทำให้บริสุทธิ์เป็นพิเศษด้วยสัดส่วนที่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญของไอโซโทโพลอกนี้เมื่อเทียบกับมาตรฐาน SLAP ถูกกำหนดให้เป็นน้ำแสงบริสุทธิ์โดยเฉพาะ (น้อยกว่า คำจำกัดความที่เข้มงวดที่ใช้ในชีวิตจริง)

ในน้ำเบา สัดส่วนของไอโซโทโพลอกที่เบาที่สุดคือ (mol.%): 99.76< 1 H 2 16 O ≤ 100.

ถ้าโมเลกุลหนักทั้งหมดซึ่งมีมวล 2.97 กรัม/กิโลกรัม ถูกแยกออกจากน้ำที่ตรงตามมาตรฐาน SMOW และแทนที่ด้วย 1 H 2 16 O มวลของน้ำบริสุทธิ์ที่เบาและไอโซโทปดังกล่าว 1 ลิตรจะลดลง 250 มก. ดังนั้น พารามิเตอร์ของน้ำเบา ซึ่งโดยหลักแล้วคือ "ความสว่าง" และองค์ประกอบไอโซโทป จึงสามารถวัดได้โดยใช้วิธีการต่างๆ เช่น แมสสเปกโตรเมทรี กราวิเมทรี สเปกโทรสโกปีการดูดกลืนแสงด้วยเลเซอร์ NMR

มาตรฐานสากลสำหรับน้ำธรรมชาติที่มีองค์ประกอบไอโซโทปต่างๆ

• มาตรฐาน วีเอสโมว์(Vienna Standard Mean Ocean Water) เป็นตัวกำหนดองค์ประกอบไอโซโทปของน้ำลึกในมหาสมุทรโลก
• มาตรฐาน ตบ(Standard Light Antarctic Precipitation) กำหนดองค์ประกอบไอโซโทปของน้ำธรรมชาติจากทวีปแอนตาร์กติกา

ตามมาตรฐานสากล VSMOW ปริมาณสัมบูรณ์ของดิวเทอเรียมและออกซิเจน-18 ในน้ำทะเลคือ: D VSMOW / 1 H VSMOW=(155.76±0.05) 10 −6 หรือ 155.76 ppm 18 O VSMOW/ 16 O VSMOW = (2005.20 ±0.45)·10−6 หรือ 2005 ppm สำหรับมาตรฐาน SLAP ความเข้มข้นในน้ำคือ: ดิวทีเรียม D/H=89·10−6 หรือ 89 ppm, ออกซิเจน-18 18 O/ 16 O=1894·10−6 หรือ 1894 ppm

มาตรฐาน SLAP ระบุลักษณะของน้ำธรรมชาติที่เบาที่สุดในโลก น้ำในส่วนต่างๆ ของโลกมีความเบาแตกต่างกันไป

สมบัติและผลกระทบของน้ำเบา

ไอโซโทโพลอกมีความแตกต่างกันในด้านคุณสมบัติทางกายภาพ เคมี และชีวภาพ (ตารางที่ 4)

ตารางที่ 4. การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพของน้ำในระหว่างการทดแทนไอโซโทป

ความดันไอสมดุลของไอโซโทโพลอกของน้ำแตกต่างกันและค่อนข้างมีนัยสำคัญ ยิ่งมวลของโมเลกุลของน้ำมีขนาดเล็กลง ความดันไอก็จะยิ่งสูงขึ้น ซึ่งหมายความว่าไอน้ำในสภาวะสมดุลกับน้ำจะอุดมไปด้วยไอโซโทปแสงของออกซิเจนและไฮโดรเจนอยู่เสมอ ด้วยองค์ประกอบที่มีมวลค่อนข้างน้อย ความแตกต่างในมวลของไอโซโทปจึงมีมาก ดังนั้นจึงสามารถแยกส่วนที่รุนแรงในกระบวนการทางธรรมชาติได้: D/H → 100%, 18 O/ 16 O → 12.5% ไอโซโทปของไฮโดรเจนและออกซิเจนจะถูกแยกส่วนอย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุดในกระบวนการระเหย-ควบแน่นและการตกผลึกของน้ำ

ผลการศึกษาเชิงทดลองแสดงให้เห็นความแตกต่าง คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีน้ำเบาและน้ำปราศจากไอออนที่มีองค์ประกอบไอโซโทปตามธรรมชาติ

ไอโซโทโพโลยีหนักในน้ำธรรมชาติเป็นสิ่งเจือปนที่เกี่ยวข้องกับ 1 H 2 16 O ซึ่งจากการศึกษาบางชิ้นถือได้ว่าเป็นข้อบกพร่องทางโครงสร้าง

การกำจัดความหลากหลายของน้ำในองค์ประกอบไอโซโทปทำให้มีความเป็นเนื้อเดียวกันเพิ่มขึ้น น้ำเบาเป็นของเหลวที่เป็นเนื้อเดียวกันมากกว่า โมเลกุลไอโซโทปหนักที่มีอยู่ในน้ำที่มีความเข้มข้นตามธรรมชาติแทบไม่มีผลกระทบที่เห็นได้ชัดเจนต่อระบบที่ไม่มีชีวิต ผลกระทบของน้ำแสงนั้นเด่นชัดที่สุดต่อวัตถุทางชีวภาพซึ่งมีลักษณะของปฏิกิริยาน้ำตก

ปฏิกิริยาของระบบชีวภาพเมื่อสัมผัสกับน้ำสามารถเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงเชิงปริมาณและคุณภาพในองค์ประกอบไอโซโทปของมัน ในระหว่างการวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต กระบวนการทางชีวเคมีได้รับการคัดเลือกและปรับให้เป็นไอโซโทปเพียงไอโซโทปเดียว ซึ่งโดยปกติจะเป็นแสง ในร่างกายมนุษย์ “การแยกส่วนของไอโซโทปเกิดขึ้น พร้อมกับการกำจัดไอโซโทปเสถียรหนักของไฮโดรเจนและออกซิเจนออกจากน้ำ” การใช้น้ำที่มีความเข้มข้นของไอโซโทปหนักเพิ่มขึ้นโดยเฉพาะดิวทีเรียมทำให้เกิดพิษที่เด่นชัดในระดับร่างกาย ในเวลาเดียวกัน กิจกรรมทางชีวภาพเชิงบวกของน้ำที่มีปริมาณไอโซโทโพลอกหนักที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับธรรมชาติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งดิวทีเรียมและออกซิเจน ได้ถูกบันทึกไว้ที่ไซต์ต่างๆ 18 การวิจัยอย่างเป็นระบบที่ศูนย์วิทยาศาสตร์แห่งรัฐของสหพันธรัฐรัสเซีย “สถาบันปัญหาทางการแพทย์และชีววิทยา” ของ Russian Academy of Sciences เพื่อสร้างสภาพแวดล้อมการดำรงชีวิตสำหรับนักบินอวกาศด้วยองค์ประกอบไอโซโทปที่เหมาะสมขององค์ประกอบทางเคมีทางชีวภาพแสดงให้เห็นว่าน้ำที่มีปริมาณต่ำกว่า ปริมาณโมเลกุลไอโซโทปหนักเมื่อเปรียบเทียบกับโมเลกุลธรรมชาติถือเป็นองค์ประกอบที่จำเป็นของระบบช่วยชีวิตของนักบินอวกาศในระหว่างการบินระยะไกล

คุณสมบัติทางชีวภาพ

เนื่องจากเป็นสื่อสากลที่ปฏิกิริยาทางชีวภาพทั้งหมดเกิดขึ้น น้ำเบาจะเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาเหล่านี้เมื่อเปรียบเทียบกับน้ำที่มีองค์ประกอบไอโซโทปตามธรรมชาติ ผลกระทบนี้เรียกว่าผลของไอโซโทปจลน์ของตัวทำละลาย

ขนส่ง คุณสมบัติแสงน้ำได้รับการพิสูจน์โดยการศึกษาอิทธิพลของไอโซโทโพลอกหนักในองค์ประกอบของน้ำธรรมชาติต่อการเปลี่ยนแปลงของการขับถ่ายของสีย้อมเมทิลีนบลูจากระบบรับกลิ่นของกบกรงเล็บ

การทำน้ำให้บริสุทธิ์จากไอโซโทโพลอกที่มีน้ำหนักมากมีผลมากที่สุดต่ออุปกรณ์พลังงานของเซลล์ที่มีชีวิต ห่วงโซ่การหายใจแบบไมโตคอนเดรียมีลักษณะเฉพาะด้วยปฏิกิริยาแบบเรียงซ้อน ไอโซโทโพโลยีหนักจะชะลออัตราปฏิกิริยาของห่วงโซ่ระบบทางเดินหายใจ โดยใช้ตัวอย่างปฏิกิริยาการสร้างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์โดยไมโตคอนเดรียด้วย กรดซัคซินิกผลการยับยั้งโดยทั่วไปของไอโซโทโพโลยีหนักของน้ำได้รับการพิสูจน์แล้วในฐานะสารตั้งต้น การลดปริมาณสารในน้ำให้อยู่ในระดับที่ต่ำกว่าความเข้มข้นตามธรรมชาติจะช่วยยับยั้งและเร่งปฏิกิริยาที่ศึกษาได้อย่างมาก

น้ำที่มีแสงน้อยมีฤทธิ์ต้านมะเร็ง ดังที่แสดงในผลงานของนักวิทยาศาสตร์ที่ดำเนินการในศูนย์วิจัย ประเทศต่างๆ- จากข้อมูลของ G. Shomlai ผลการทดลองทางคลินิกดำเนินการในปี 2537-2544 ในฮังการี พบว่าอัตราการรอดชีวิตของผู้ป่วยที่ดื่มน้ำเบาร่วมกับหรือหลังการรักษาแบบแผนโบราณมีอัตราการรอดชีวิตสูงกว่าผู้ป่วยที่ใช้ยาเคมีบำบัดหรือการฉายรังสีเพียงอย่างเดียว

คุณสมบัติการป้องกันพิษของน้ำเบาได้รับการยืนยันโดยการศึกษาเชิงทดลอง ซึ่งตามมาด้วยว่าน้ำเบาซึ่งบริสุทธิ์จากไอโซโทโพลอกที่หนัก เนื่องจากคุณสมบัติการขนส่ง สามารถกำจัดสารพิษและผลิตภัณฑ์จากการเผาผลาญออกจากร่างกายได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ดูเพิ่มเติม

หมายเหตุ

1. Kulsky L. A. , Dal V. V. , Lenchina L. น้ำที่คุ้นเคยและลึกลับ - Kyiv: "โรงเรียน Radyanska", 1982. - 120 น.
2. Petryanov-Sokolov I.V. สารที่ผิดปกติที่สุดในโลก // เคมีและชีวิต 2550 ฉบับที่ 1 หน้า 26
3. รอธแมน และคณะ เจ. ควอนท์. สเปกโตรสก์ แผ่รังสี โอน, 1998, 60, 665. Rothman และคณะ, J. Quant. สเปกโตรสก์ แผ่รังสี โอน, 2003, 82, หน้า 9.
4. สิทธิบัตร RU 2295493 “วิธีการและการติดตั้งสำหรับการผลิตน้ำเบา” Soloviev S. P.
5. Lis G., Wassenaar L. I., Hendry M. J. สเปกโทรสโกปีเลเซอร์ความแม่นยำสูง D/H และ 18 O/ 16 O การวัดตัวอย่างน้ำธรรมชาติแบบไมโครลิตร เคมี. 2551 ว. 80 (1) ป.287-293
6. Ferronsky V.I. , Polyakov V.A. ไอโซโทปของไฮโดรสเฟียร์ อ.: เนากา, 2526.
7. Craig, H. มาตรฐานการรายงานความเข้มข้นของดิวทีเรียมและออกซิเจน-18 ในน้ำธรรมชาติ // ศาสตร์. พ.ศ. 2504 ว. 133. หน้า. พ.ศ. 2376-2377
8. Hagemann R., Niff G., Roth E. มาตราส่วนไอโซโทปสัมบูรณ์สำหรับการวิเคราะห์ดิวทีเรียมของน้ำธรรมชาติ อัตราส่วน D/H สัมบูรณ์สำหรับ SMOW //เทลลัส. 1970. ว.22. น6 ภ.712-715.
9. เดอ วิท เจ.ซี., ฟาน เดอร์ สตราเทน ซี.เอ็ม.; มุก ดับบลิว.จี. การหาอัตราส่วนไอโซโทปไฮโดรเจนสัมบูรณ์ของ VSMOW และ SLAP // จดหมายข่าว Geostandards. พ.ศ. 2523 ว. 4. น. 1. หน้า 33−36.
10. วี.วี. กรจรักษ์ วี.บี. ลาพชิน, ที.เอ็น. เบอร์เดนายา, ที.วี. เพลเตเนวา, A.S. Chernopyatko และคณะ คุณสมบัติทางเคมีกายภาพและฤทธิ์ทางชีวภาพของน้ำที่หมดลงจากไอโซโทปหนัก // 2011 ตีพิมพ์ใน Khimiya i Tekhnologiya Vody, 2011, Vol. 33, เลขที่. 1, หน้า. 15–25. วารสารเคมีและเทคโนโลยีน้ำ, 2554, ปีที่. 33, เลขที่. 1, หน้า. 8–13.
11. Smirnov A. N. , Lapshin V. B. , Balyshev A. V. , Lebedev I. M. , Goncharuk V. V. , Syroeshkin A. V. โครงสร้างของน้ำ: กลุ่มน้ำเฮเทอโรเฟสขนาดยักษ์ // เทคโนโลยีเคมีและน้ำ. - 2548.- ลำดับที่ 2. - หน้า 11-37; Smirnov A. N. , Syroeshkin A. V. Supranadโมเลกุลเชิงซ้อนของน้ำ //รอสส์. เคมี และ. - 2547.- ท.48 - ฉบับที่ 2. - หน้า 125-135
12. Sinyak Yu. E. , Grigoriev A. I. องค์ประกอบไอโซโทปที่เหมาะสมที่สุดขององค์ประกอบทางเคมีทางชีวภาพบนยานอวกาศที่มีคนขับ // เวชศาสตร์การบินและอวกาศและสิ่งแวดล้อม. 2539 ต. 30 หมายเลข 4 หน้า 26
13. Sinyak Yu. E. , Skuratov V. M. , Gaidadymov V. B. , Ivanova S. M. , Pokrovsky B. G. Grigoriev A. I. ศึกษาการแยกส่วนของไอโซโทปเสถียรของไฮโดรเจนและออกซิเจนในระดับสากล สถานีอวกาศ- // เวชศาสตร์การบินและอวกาศและสิ่งแวดล้อม. 2548 ต. 39 เลขที่ 6 หน้า 43
14. Denko E.I. ผลของน้ำหนัก (D2O) ต่อเซลล์สัตว์ พืช และจุลินทรีย์ // usp. ทันสมัย จิตเวช.. 2513 ต. 70 ฉบับที่ 4 หน้า 41.
15. Lobyshev V.I. กลไกของผลกระทบของไอโซโทปทางอุณหพลศาสตร์และจลน์ของ D2O ในระบบทางชีววิทยา บทคัดย่อของผู้เขียน หมอ วิทยานิพนธ์ มอสโก - 2530 (คณะชีววิทยามหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก)
16. GLEASON J.D., FRIEDMAN I. ข้าวโอ๊ตอาจเติบโตได้ดีขึ้นในน้ำที่ออกซิเจน 18 และดิวเทอเรียมหมดไป ธรรมชาติ 256, 305 (24 กรกฎาคม พ.ศ. 2518)
17. Bild W, Năstasă V, Haulică I. การวิจัยในสัตว์ทดลองและในหลอดทดลองเกี่ยวกับผลกระทบทางชีวภาพของน้ำที่ไม่มีดิวทีเรียม: 1. อิทธิพลของน้ำที่ไม่มีดิวทีเรียมต่อการเจริญเติบโตของเซลล์เพาะเลี้ยง //รอม เจ.ฟิสิออล. 2547. ว.41. น 1-2. ป:53-67.
18. Sinyak Y., Grigoriev A., Gaydadimov V., Gurieva T., Levinskih M., Pokrovskii B. น้ำปราศจากดิวเทอเรียม (1H2O) ในระบบช่วยชีวิตที่ซับซ้อนของภารกิจอวกาศระยะยาว // แอกต้า แอสโตรนอติกา 2546 ว. 52, หน้า 575.
19. Reichardt K. "ตัวทำละลายและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในเคมีอินทรีย์" -ม.: “มีร์”, 2534. - 763 หน้า
20. ที.เอ็น. เบอร์เดนายา, เวอร์จิเนีย Poplinskaya, A.S. Chernopyatko, E.N. กริกอเรียน อิทธิพลของน้ำเบาต่อการเปลี่ยนแปลงของการกำจัดสีย้อมจากระบบรับกลิ่นของตัวอ่อน Xenopus laevis // น้ำ: เคมีและนิเวศวิทยา 2554.-หมายเลข 9 - หน้า 86-91
21. Pomytkin I.A., Kolesova O.E. //กระดานข่าวชีววิทยาเชิงทดลองและการแพทย์. 2549 ว.142. ยังไม่มีข้อความ 5.
22. Gyöngyi Z, Somlyai G. การพร่องดิวเทอเรียมสามารถลดการแสดงออกของยีน C-myc Ha-ras และ p53 ในหนูที่ได้รับสารก่อมะเร็ง //ในวีโว่. 2000 ว.14. น.3. ป.437.

โมเลกุลของน้ำมีความแตกต่างกันในองค์ประกอบไอโซโทป ปัจจุบันมีไอโซโทปของไฮโดรเจนอยู่ 5 ไอโซโทปที่แตกต่างกัน ในจำนวนนี้มีเพียงสองเท่านั้นที่เสถียร: โปรเทียมที่เบาที่สุด - มีมวลอะตอม 1 เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ 1H - ประกอบด้วยโปรตอน 1 ตัวและอิเล็กตรอน 1 ตัวและไฮโดรเจนหนักหรือดิวทีเรียมที่มีมวลอะตอม 2 เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ 2D - ประกอบด้วย 1 โปรตอน 1 นิวตรอน และ 1 อิเล็กตรอน ไฮโดรเจนหนักยิ่งยวดตัวที่สาม (มีมวลอะตอม 3) ประกอบด้วยโปรตอน 1 ตัว นิวตรอน 2 ตัว และอิเล็กตรอน 1 ตัว ทริเทียมมีกัมมันตภาพรังสี โดยมีครึ่งชีวิตประมาณ 12.3 ปี อายุการใช้งานของไอโซโทปที่เหลือจะต้องไม่เกินหลายวินาที

พบไอโซโทปหกชนิดในออกซิเจน: O14, O15, O16, O17, O18 และ O19 สามในนั้น: O16, O17 และ O18 มีความเสถียร และ O14, O15 และ O19 เป็นไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี ไอโซโทปที่เสถียรของออกซิเจนพบได้ในน้ำธรรมชาติทั้งหมด อัตราส่วนมีดังนี้: ต่อ 10,000 ส่วนของ O16 จะมี O17 4 ส่วน และ O18 20 ส่วน

ผลกระทบของไอโซโทปหรือไอโซโทปของน้ำขึ้นอยู่กับความแตกต่างในคุณสมบัติของไอโซโทปของไฮโดรเจนและออกซิเจน เนื่องจากความแตกต่างในคุณสมบัติของไอโซโทปของไฮโดรเจนและออกซิเจน มวลอะตอมโมเมนต์ความเฉื่อย ความแข็งแรงของพันธะเคมีที่สอดคล้องกัน ยิ่งเลขอะตอมขององค์ประกอบมากเท่าใด ความแตกต่างสัมพัทธ์ของมวลไอโซโทปก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น สำหรับไอโซโทปไฮโดรเจน จะเป็น 100% สำหรับดิวทีเรียม D (2H) และ 200% สำหรับทริเทียม T (3H) เทียบกับโปรเทียม H (1H) ดังนั้นสำหรับไฮโดรเจน ผลกระทบของไอโซโทปจึงเด่นชัดที่สุด

มีไอโซโทป 42 ไอโซโทป (การรวมกันของอะตอมไอโซโทปที่แตกต่างกันทำให้เกิดชุดโมเลกุลของไอโซโทป) ของน้ำ (รวมถึงไอโซโทปที่เสถียรและไม่เสถียรของไฮโดรเจนและออกซิเจน) ในจำนวนนี้มีโมเลกุลของน้ำสามสิบสามโมเลกุลที่มีกัมมันตภาพรังสี และเก้าโมเลกุลของน้ำที่เสถียรและเสถียร

ความน่าจะเป็นของการก่อตัวของโมเลกุลที่มีองค์ประกอบของไอโซโทปต่างกันนั้นไม่เหมือนกัน ที่พบมากที่สุดคือโมเลกุลที่มีมวลน้อยที่สุดประกอบด้วยไฮโดรเจน - 1 (โปรเทียม) และออกซิเจน - 16 เนื้อหาของโมเลกุลที่หนักกว่าอื่น ๆ ในธรรมชาติไม่เกิน 0.23% เนื้อหาของการดัดแปลงไอโซโทปของน้ำในธรรมชาติจะแสดงใน โต๊ะ. 1.

ตารางที่ 1

ในรูป รูปที่ 6 แสดงให้เห็นว่าปริมาณ 2H ในความชื้นในบรรยากาศและน้ำธรรมชาติขึ้นอยู่กับสภาพภูมิอากาศ ความใกล้ชิดของภูมิภาคกับทะเลและธารน้ำแข็ง และระดับความสูงเหนือระดับมหาสมุทร ในทางปฏิบัติทั่วโลก เป็นเรื่องปกติที่จะแสดงปริมาณดิวทีเรียมเป็น ‰ หรือ ppm Ppm คือจำนวนของโมโนดิวเทอเรต
โมเลกุลของน้ำต่อ 1 ล้านโมเลกุลที่มีเพียงไอโซโทปแสง 1H เมื่อน้ำระเหยออกจากผิวมหาสมุทร ปริมาณดิวทีเรียมจะเปลี่ยนไป 20 ppm

ข้าว. 6. การแยกส่วนไฮโดรเจนในวัฏจักรของน้ำในชั้นบรรยากาศ

ในอ่างเก็บน้ำแบบปิดจะมีน้ำปริมาณมากกว่า เนื่องจากการระเหยมีความเข้มข้นน้อยกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับน้ำธรรมดา จึงมีน้ำหนักมากขึ้นในพื้นที่ที่มีอากาศร้อน

พื้นผิวของมหาสมุทรยังอุดมด้วยดิวทีเรียมที่เส้นศูนย์สูตร (155 ppm) และในเขตร้อนซึ่งมีฝนตกบ่อยครั้ง ในระหว่างการก่อตัวของน้ำควบแน่นจากเฟสไอ และน้ำหนักควบแน่นเร็วกว่าน้ำเบา ดังนั้น การตกตะกอนอุดมไปด้วยน้ำหนัก

ปริมาณ 2H ต่ำสุดในไอน้ำเหนือน้ำแข็งแอนตาร์กติกคือ 90 ppm สัดส่วนของดิวทีเรียมในน้ำแข็งของกรีนแลนด์ก็มีน้อยเช่นกัน (126 ppm) ปริมาณดิวทีเรียมในน้ำธรรมชาติที่มีต้นกำเนิดต่างๆ แสดงไว้ในตารางที่ 1 2.

ควรให้ความสนใจกับความจริงที่ว่าปริมาณดิวทีเรียมในน่านน้ำธรรมชาติของภูมิภาคอีร์คุตสค์นั้นต่ำกว่าในส่วนยุโรปของรัสเซียและในยุโรป ดังนั้น D/H ในไบคาลคือ 137.0 ppm และในบ่อน้ำแร่บางแห่ง - 132.0 ppm ในขณะที่ปริมาณ D ในแหล่งที่คล้ายกันในยุโรปอยู่ที่อย่างน้อย 145-150 ppm ข้อมูลดังกล่าว
สามารถใช้ในการระบุแหล่งที่มาของแร่ธาตุได้
และน้ำโต๊ะ (ตารางที่ 2)

ตารางที่ 2

ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบไอโซโทป น้ำเบา หนัก และกึ่งหนักมีความโดดเด่น

น้ำที่มีไอโซโทปแสงเพียงอย่างเดียวจะไม่เกิดขึ้นในธรรมชาติ น้ำศูนย์ประกอบด้วยไฮโดรเจนแสงบริสุทธิ์และออกซิเจนในชั้นบรรยากาศ น้ำนี้ถูกเลือกให้เป็นมาตรฐาน: มีองค์ประกอบคงที่มาก สะดวกในการเปรียบเทียบน้ำที่มีองค์ประกอบที่ไม่รู้จักด้วย: เมื่อพิจารณาถึงความแตกต่างของความหนาแน่นแล้วจึงง่ายต่อการค้นหาปริมาณดิวเทอเรียม อย่างเป็นทางการ น้ำโปรเทียมเรียกว่าน้ำเบา มาตรฐานการทำงานของน้ำเบาถือเป็นส่วนผสมของน้ำหลากหลายชนิดที่มีองค์ประกอบ 1H216O, 1H217O และ 1H218O ในอัตราส่วนเดียวกันกับที่มีไอโซโทปออกซิเจนที่สอดคล้องกันอยู่ในอากาศ

Heavy Water คือน้ำที่โปรเทียมถูกแทนที่ด้วยดิวเทอเรียมอย่างสมบูรณ์และมีสูตร D2O แทน องค์ประกอบไอโซโทปของออกซิเจนในน้ำนี้มักจะสอดคล้องกับองค์ประกอบของออกซิเจนในอากาศ ความหนาแน่นของน้ำหนักคือ 1104 กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร น้ำที่มีน้ำหนักมากจะเดือดที่อุณหภูมิสูงกว่าและแข็งตัวที่อุณหภูมิต่ำกว่าน้ำที่มีน้ำเบา

กึ่งหนักคือน้ำที่มีโมเลกุลผสมขององค์ประกอบ HDO พบได้ในน้ำธรรมชาติทั้งหมด แต่เป็นไปไม่ได้ที่จะได้มันมาในรูปแบบบริสุทธิ์ เนื่องจากปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนไอโซโทปมักเกิดขึ้นในน้ำ อะตอมของไอโซโทปไฮโดรเจนเคลื่อนที่ได้มากและเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องจากโมเลกุลหนึ่งไปอีกโมเลกุลหนึ่ง การเตรียมน้ำไม่ใช่เรื่องยาก องค์ประกอบโดยเฉลี่ยจะสอดคล้องกับสูตรของน้ำกึ่งหนัก แต่เนื่องจากปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน มันจะเป็นส่วนผสมของโมเลกุลที่มีองค์ประกอบไอโซโทปต่างกัน H2O, HDO, D2O

นอกจากน้ำทั้งหมดที่ระบุไว้แล้ว ยังมีน้ำที่มีออกซิเจนหนักซึ่งมีมวลอะตอมของออกซิเจนเท่ากับ 18

การดัดแปลงไอโซโทปของโมเลกุลของน้ำมีผลกระทบต่อโครงสร้างของน้ำที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น การจัดระเบียบตนเองของโครงสร้างตามลำดับของชั้นผิวของน้ำเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากการทำให้เสถียรโดยโมเลกุล HDO ซึ่งมีพลังงานการเชื่อมโยงที่สูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับโมเลกุลของ H2O

เรานำเสนอนิตยสารที่คุณจัดพิมพ์โดยสำนักพิมพ์ "Academy of Natural Sciences"

ตัวบ่งชี้สองตัวสมควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษ: ความล่าช้าในการแพร่กระจายและการลดน้ำหนักของสัตว์ในระหว่างการทดลอง ผลการกระตุ้นที่เด่นชัดของน้ำ "แสง" ต่อระบบภูมิคุ้มกันของสัตว์ทำให้เกิดความล่าช้าในการพัฒนาของการแพร่กระจายถึง 40% เมื่อเทียบกับกลุ่มควบคุม และการลดน้ำหนักในสัตว์ที่ดื่มน้ำ "แสง" ก็เท่ากับครึ่งหนึ่งของ สิ้นสุดการทดลอง

เมื่อสัตว์ทดลองได้รับรังสี γ ในขนาด LD50 พบว่าอัตราการรอดชีวิตของสัตว์ที่บริโภคน้ำ “เบา” (30 ppm) เป็นเวลา 15 วันก่อนการฉายรังสีสูงกว่ากลุ่มควบคุม (การฉายรังสี) ถึง 2.5 เท่า ปริมาณ 850 R) ซึ่งระบุคุณสมบัติในการป้องกันรังสีของน้ำ "แสง" ในเวลาเดียวกัน จำนวนเม็ดเลือดขาวและเม็ดเลือดแดงในเลือดยังคงอยู่ในขีดจำกัดปกติในหนูที่รอดชีวิตของกลุ่มทดลอง ในขณะที่กลุ่มควบคุมลดลงอย่างมีนัยสำคัญ

นอกจากนี้ยังพบผลเชิงบวกที่ชัดเจนของน้ำต่อความอิ่มตัวของเนื้อเยื่อตับด้วยออกซิเจน: การเพิ่มขึ้นของ pO2 คือ 15% นั่นคือการหายใจของเซลล์เพิ่มขึ้น 1.3 เท่า เกี่ยวกับ การกระทำที่เป็นประโยชน์น้ำที่มีคุณค่าต่อสุขภาพของหนูเห็นได้จากความต้านทานที่เพิ่มขึ้นและน้ำหนักที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับกลุ่มควบคุม ซึ่งหมายความว่าการใช้น้ำ "เบา" สำหรับผู้อยู่อาศัยในเมืองใหญ่ในสภาวะที่มีรังสีพื้นหลังเพิ่มขึ้นนั้นเป็นสิ่งที่สมเหตุสมผล

น้ำ “เบา” จะเพิ่มอัตราปฏิกิริยาเมตาบอลิซึม เช่น อายุมากขึ้น กลุ่มอาการเมตาบอลิซึม เบาหวาน เป็นต้น - นอกจากนี้ จากการศึกษาเบื้องต้น ในตัวอย่างน้ำ "เบา" สเปิร์มยังคงมีกิจกรรมการทำงานค่อนข้างนานขึ้น ซึ่งจะเพิ่มขึ้นเมื่อปริมาณดิวทีเรียมในน้ำลดลง หากเราคำนึงถึงข้อเท็จจริงที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าการสืบพันธุ์ของชีวิตนั้นสัมพันธ์กับศักยภาพในการทำงานที่สำคัญของเซลล์สืบพันธุ์ ความสำคัญของการถ่ายทอดน้ำสำหรับคนรุ่นต่อ ๆ ไปก็จะชัดเจนขึ้น ข้อเท็จจริงเหล่านี้มีส่วนช่วยในการพัฒนาสถานที่ปฏิบัติงานนอกชายฝั่งเพื่อการสกัดไอโซโทปหนักจากน้ำ

น้ำ “เบา” จะเพิ่มอัตราปฏิกิริยาเมตาบอลิซึม เช่น ในช่วงอายุที่มากขึ้น กลุ่มอาการเมตาบอลิซึม เป็นต้น จากการศึกษาเบื้องต้น ในตัวอย่างน้ำ "เบา" สเปิร์มคงกิจกรรมการทำงานไว้นานขึ้นเล็กน้อย

โรงแยกไอโซโทปหนัก

ปัจจุบันมีหลายวิธีในการสกัดไอโซโทปหนักจากน้ำ: การแลกเปลี่ยนไอโซโทปโดยมีแพลเลเดียมและแพลตตินัม การอิเล็กโทรไลซิสของน้ำร่วมกับการแลกเปลี่ยนไอโซโทปตัวเร่งปฏิกิริยาระหว่างน้ำกับไฮโดรเจน การกลั่นแบบคอลัมน์ การแช่แข็งด้วยไอน้ำเย็นแบบสุญญากาศตามด้วยการละลาย เป็นต้น . ในวิธีการได้รับดิวเทอเรียมพร่อง น้ำดื่มเนื่องจากการละลายน้ำแข็ง น้ำแข็งจึงถูกสร้างขึ้นโดยการแช่แข็งไอน้ำที่เกิดจากแหล่งน้ำที่อุณหภูมิไม่เกิน +10 °C และในระหว่างกระบวนการละลายน้ำแข็ง น้ำแข็งยังได้รับรังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีอินฟราเรดเพิ่มเติมอีกด้วย และ น้ำละลายอิ่มตัวด้วยก๊าซหรือส่วนผสมของก๊าซ

เมื่อผสมน้ำ "เบา" (H2O) และน้ำหนัก (D2O + T2O) จะเกิดการแลกเปลี่ยนไอโซโทป: H2O + D2O = 2 HDO; H2O + T2O = 2 HTO ดังนั้นดิวทีเรียมและไอโซโทปในน้ำธรรมดาจึงอยู่ในรูปของ HDO และ HTO ในกรณีนี้ จุดเยือกแข็งสำหรับ D2O คือ +3.8 °C และสำหรับ T2O +9 °C HDO และ NTO จะกลายเป็นน้ำแข็งที่ +1.9 °C และ +4.5 °C ตามลำดับ เป็นที่ยอมรับกันว่าที่อุณหภูมิตั้งแต่ 0 ถึง +1.9 °C โมเลกุลของน้ำที่มีดิวทีเรียมและทริเทียม ตรงกันข้ามกับน้ำที่มี "แสง" (โปรเทียม) จะอยู่ในสถานะไม่ใช้งานของของแข็งที่แพร่กระจายได้

คุณสมบัตินี้รองรับการแยกเศษส่วนของ "แสง" และน้ำหนักโดยการสร้างสุญญากาศของอากาศเหนือผิวน้ำที่อุณหภูมินี้ น้ำที่มี “แสง” จะระเหยอย่างหนาแน่น จากนั้นจะถูกจับโดยใช้อุปกรณ์แช่แข็งและกลายเป็นน้ำแข็ง น้ำ "หนัก" ซึ่งอยู่ในสถานะของแข็งที่ไม่ใช้งานและมีความดันบางส่วนต่ำกว่าอย่างมาก จะยังคงอยู่ในถังระเหยของน้ำต้นทางพร้อมกับเกลือและสิ่งสกปรกที่ละลายในน้ำ

G.D. ออกแบบงานตามหลักการนี้ Berdyshev และ I.N. Varnavsky ร่วมกับสถาบันพยาธิวิทยาทดลอง เนื้องอกวิทยา และรังสีชีววิทยา ซึ่งตั้งชื่อตาม R. Kavetsky แห่ง Russian Academy of Sciences ofยูเครน การติดตั้งทางอุตสาหกรรม VIN-4 “Nadiya” สำหรับการผลิตน้ำ “เบา” โดยลดลง 30-35% เนื้อหาของดิวทีเรียมและไอโซโทป (รูปที่ 2)

การติดตั้งประกอบด้วยตัวเรือน 1 โดยติดตั้งถังระเหย 2 สำหรับแหล่งน้ำพร้อมอุปกรณ์ทำความร้อน 3 และน้ำหล่อเย็น 4 นอกจากนี้ยังมีวาล์ว 5 สำหรับจ่ายน้ำเข้าเครื่องระเหยและวาล์ว 6 สำหรับระบายของเสียที่ตกค้าง อุดมด้วยไอโซโทปไฮโดรเจนหนัก ตัวเรือนยังมีอุปกรณ์ 7 สำหรับการควบแน่นและแช่แข็งไอเย็นในรูปแบบของชุดองค์ประกอบท่อที่มีผนังบางซึ่งเชื่อมต่อกับปั๊มเพื่อสูบสารทำความเย็นผ่านพวกมัน อุปกรณ์ 7 พร้อมด้วยแหล่งกำเนิดรังสีอัลตราไวโอเลต 8 และรังสีอินฟราเรด 9 ถูกวางไว้เหนือภาชนะ 10 เพื่อรวบรวมน้ำที่ละลาย ช่องภายในของตัวเรือน 1 เชื่อมต่อกันด้วยท่อ 11 พร้อมปั๊มสุญญากาศซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดสุญญากาศอากาศ นอกจากนี้ เรือน 1 ยังติดตั้งอุปกรณ์ 12 เพื่อจ่ายอากาศบริสุทธิ์หรือก๊าซผสมเข้าไปในช่องภายใน นอกจากนี้ การติดตั้ง VIN-4 ยังติดตั้งระบบควบคุมความร้อนในช่องของถังระเหย 2 เพื่อควบคุมอุณหภูมิที่ตั้งไว้ของกระบวนการระเหยของน้ำที่ผ่านการบำบัดเบื้องต้น ตัวเรือนมีช่องหน้าต่าง 13 และ 14 สำหรับสังเกตกระบวนการระเหย การแช่แข็งของไอน้ำเย็น และการละลายของน้ำแข็ง ถังเก็บน้ำละลาย 10 ติดตั้งวาล์ว 15 สำหรับการระบายน้ำที่ละลายและท่อ 16 สำหรับเชื่อมต่อกับบล็อกเพื่อสร้างโครงสร้างและคุณสมบัติของน้ำที่ละลาย 17 บล็อก 17 มีภาชนะทรงกรวยภายใน 18 พร้อมแร่ธาตุ ที่ทางออกของภาชนะ 19 จะมีตัวกรองการดูดซับ 20 และวาล์วระบายน้ำ 21

เป็นที่ยอมรับกันว่าที่อุณหภูมิตั้งแต่ 0 ถึง +1.9 °C โมเลกุลของน้ำที่มีดิวเทอเรียมและทริเทียม ต่างจากน้ำ "เบา" จะอยู่ในสถานะไม่ใช้งานของของแข็งที่แพร่กระจายได้และเป็นของแข็ง

การติดตั้งทำงานดังนี้ จากการจ่ายน้ำ ถังระเหย 2 เต็มไปด้วยน้ำและสารทำความเย็นถูกสูบผ่านอุปกรณ์ 4 เมื่อถึงอุณหภูมิที่ตั้งไว้ไม่เกิน +10 °C กระบวนการระบายความร้อนด้วยน้ำจะหยุดลง จากนั้นตัวเรือน 1 จะถูกปิดผนึกและเริ่มสูบอากาศออกผ่านท่อ 11 ทำให้เกิดสุญญากาศในปริมาตรภายในของตัวเรือนการติดตั้ง การสร้างสุญญากาศนั้นมาพร้อมกับการปล่อยก๊าซอย่างเข้มข้นที่ละลายในนั้นจากปริมาตรทั้งหมดของแหล่งน้ำและการกำจัดของมันจากนั้นโดยการก่อตัวของไอน้ำที่รุนแรงจนถึงการเดือดของน้ำซึ่งสังเกตได้จากช่องหน้าต่าง 13 และ 14. ผลลัพธ์ของไอน้ำเย็นจะควบแน่นและแข็งตัวบนพื้นผิวขององค์ประกอบท่อของช่องแช่แข็ง 7. เมื่อความหนาของน้ำแข็งถึงค่าที่กำหนดไว้ กระบวนการระเหยจะหยุดลง ปั๊มสุญญากาศปิดอยู่ แหล่งกำเนิดรังสีอัลตราไวโอเลต 8 และอินฟราเรด 9 เปิดอยู่ และผ่านอุปกรณ์ 12 อากาศบริสุทธิ์หรือส่วนผสมของก๊าซถูกนำเข้าไปในช่องของตัวเรือน 1; จากนั้นความดันในตัวเรือน 1 จะถูกทำให้มีระดับหรือสูงกว่าบรรยากาศ น้ำส่วนที่เหลือในภาชนะที่ 2 ซึ่งมีไอโซโทปหนักเพิ่มขึ้นจะถูกระบายผ่านวาล์ว 6 ลงในภาชนะที่แยกจากกันหรือเทลงในถังเก็บ เมื่อน้ำแข็งถูกฉายรังสีและละลาย น้ำที่ละลายจะเข้าสู่ภาชนะ 10 จากนั้นเข้าไปในบล็อก 17 เพื่อสร้างโครงสร้างและคุณสมบัติของน้ำที่ละลาย เมื่อผ่านแร่ธาตุในภาชนะทรงกรวยด้านใน 18 และด้านนอก 19 จากนั้นผ่านตัวกรอง 20 น้ำที่ละลายจะเดินทางได้เสร็จสิ้น และได้รับคุณสมบัติทางชีววิทยาในการบำบัด

การติดตั้งที่คล้ายกันสำหรับการผลิตน้ำดื่มที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพโดยมีปริมาณดิวเทอเรียมลดลงด้วยกระแสไฟฟ้าได้รับการออกแบบในปี 2000 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย Yu.E. ซินยัค, วี.บี. Gaidadymov และ A.I. Grigoriev จากสถาบันปัญหาทางการแพทย์และชีววิทยา (รูปที่ 3) การติดตั้งประกอบด้วยภาชนะ 1 ที่มีคอนเดนเสทหรือกลั่นความชื้นในบรรยากาศ ซึ่งเชื่อมต่อกับห้องแอโนด 2 ของอิเล็กโทรไลต์ที่มีอิเล็กโทรไลต์แลกเปลี่ยนไอออน อิเล็กโทรไลเซอร์ประกอบด้วยอิเล็กโทรดที่มีรูพรุน (แอโนด 2 และแคโทด 3) ที่ทำจากไทเทเนียมเคลือบด้วยแพลตตินัม อุปกรณ์แปลงก๊าซอิเล็กโทรไลซิสเป็นน้ำ ตัวเก็บประจุ 10 และกลุ่มของน้ำ "เบา" นอกจากนี้ อุปกรณ์ยังติดตั้งเพิ่มเติมด้วยสารดูดความชื้นออกซิเจน 4, เครื่องปฏิกรณ์แลกเปลี่ยนไอโซโทป D2/H2O 5, ผนังด้านนอกถูกสร้างขึ้นจากเมมเบรนแลกเปลี่ยนไอออน และสารปรับสภาพน้ำ 11 ผนังด้านนอกของเครื่องปฏิกรณ์ 5 และสารดูดความชื้น 4 ถูกสร้างขึ้นจากเมมเบรนแลกเปลี่ยนไอออน 6, 8; สารดูดความชื้นออกซิเจนประกอบด้วยเรซินแลกเปลี่ยนไอออนบวกและตัวปรับสภาพน้ำ 11 ถูกสร้างขึ้นจากตัวกรองที่มีชั้นวัสดุแลกเปลี่ยนไอออนผสมกัน - ตัวดูดซับและแร่ธาตุที่มีวัสดุแคลเซียม-แมกนีเซียมคาร์บอเนตแบบเม็ด

คอนเดนเสทหรือการกลั่นความชื้นในบรรยากาศจะเข้าสู่ห้องขั้วบวกของอิเล็กโทรไลเซอร์ด้วยอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็ง ซึ่งกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสจะดำเนินการที่อุณหภูมิ 60-80 °C ก๊าซไฮโดรเจนและออกซิเจนที่พร่องดิวเทอเรียมด้วยไอน้ำที่เกิดขึ้นจากอิเล็กโทรไลซิสจะถูกป้อนเข้าไปในเครื่องทำแห้งออกซิเจน 4 โดยที่การทำให้แห้งเกิดขึ้นเนื่องจากการดูดซับไอน้ำโดยตัวเติมแลกเปลี่ยนไอออน (ตัวแลกเปลี่ยนไอออนบวก) และผ่านเมมเบรนแลกเปลี่ยนไอออน 6 จากนั้นไฮโดรเจนอิเล็กโทรไลซิสแบบแห้งจะถูกป้อนเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์แลกเปลี่ยนไอโซโทปตัวเร่งปฏิกิริยา 5 โดยจะเกิดการแลกเปลี่ยนไอโซโทป D2/H2O กับไอน้ำและไฮโดรเจนบนตัวเร่งปฏิกิริยาที่ประกอบด้วยถ่านกัมมันต์โดยเติมฟลูออโรเรซิ่น 4-10% และ 2-4 ° % แพลเลเดียมหรือแพลทินัม หลังจากการแลกเปลี่ยนไอโซโทป D2/H2O ไฮโดรเจนจะถูกทำให้แห้งจากไอน้ำ (D2O) ซึ่งถูกดูดซับและกำจัดออกผ่านตัวแลกเปลี่ยนไอออนของเครื่องปฏิกรณ์ 8 ที่อยู่บนผนังด้านนอกของเครื่อง ก๊าซแห้งจะเข้าสู่ตัวแปลงก๊าซด้วยไฟฟ้าและตัวเร่งปฏิกิริยา 9 เปลวไฟของคบเพลิงพุ่งตรงไปยังคอนเดนเซอร์ 10 ซึ่งระบายความร้อนด้วยการไหลด้วยน้ำประปา โดยที่ไอน้ำจะควบแน่นและเข้าสู่เครื่องปรับอากาศ 11 เพื่อการบำบัดหลังการดูดซับ กรอง. จากนั้นน้ำจะเข้าสู่แหล่งรวมน้ำที่หมดไปในดิวเทอเรียม 12 การระบายความร้อนของอุปกรณ์และการทำงานของเมมเบรนแลกเปลี่ยนไอออนเพื่อทำให้ก๊าซอิเล็กโทรไลซิสแห้งจากไอน้ำจะดำเนินการโดยพัดลม 7 การทำให้น้ำบริสุทธิ์ขั้นสุดท้ายและต่อมา การทำให้เป็นแร่จะดำเนินการด้วยแร่ธาตุคาร์บอเนตและโดโลไมต์ที่มีแคลเซียมแมกนีเซียม ประสิทธิภาพของการติดตั้งน้ำ "เบา" คือน้ำ 50 มล. ต่อชั่วโมง

ด้วยการละลายน้ำแข็งแบบสุญญากาศ น้ำดื่มที่มีแร่ธาตุขนาดเล็กจะได้รับปริมาณดิวทีเรียมลดลง 10-35% และด้วยลักษณะโครงสร้างคล้ายน้ำแข็งของน้ำละลาย

ในระหว่างกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส น้ำที่มีปริมาณดิวเทอเรียมลดลง 60% หรือมากกว่านั้นยังคงคุณสมบัติเชิงลบของน้ำกลั่นไว้ (ขาดแร่ธาตุ ปริมาณก๊าซละลายที่เพิ่มขึ้น โครงสร้างโมเลกุลของน้ำที่ไม่เป็นระเบียบ) เป็นวัตถุดิบเริ่มต้นในการดื่มน้ำสำหรับนักบินอวกาศ ข้อดีของกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสคือสามารถกำจัดดิวเทอเรียมได้สูงสุด (สูงถึง 90 °%)

ด้วยการละลายน้ำแข็งแบบสุญญากาศ น้ำดื่มที่มีแร่ธาตุขนาดเล็กจะได้รับโดยมีปริมาณดิวเทอเรียมลดลง 10-35% และมีโครงสร้างคล้ายน้ำแข็งตามคำสั่งของน้ำละลาย ดังนั้นจึงให้ความสำคัญกับวิธีการรับน้ำ "แสง" นี้

ออกแบบมาใน ปีที่ผ่านมาวิธีการแลกเปลี่ยนไอโซโทปและการแก้ไขร่วมกันทำให้ได้น้ำ "เบา" ที่มีความบริสุทธิ์ของไอโซโทปสูง โรงงานแก้ไขสำหรับการทำน้ำให้บริสุทธิ์ด้วยไอโซโทปแห่งแรกของโลกได้รับการออกแบบในปี 1975 โดยบริษัท Sulzer ในสวิตเซอร์แลนด์ และนำไปดำเนินการที่เครื่องปฏิกรณ์ HFR ILL ในปี 1987 การติดตั้งที่คล้ายกันแต่มีประสิทธิภาพมากกว่านั้นถูกสร้างขึ้นในแคนาดาสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ของแคนาดา

ในช่วงปลายทศวรรษ 1990 ที่สถาบันฟิสิกส์นิวเคลียร์เซนต์ปีเตอร์สเบิร์กซึ่งตั้งชื่อตาม B.P. Konstantinov ได้สร้างคอลัมน์การกลั่นในประเทศแห่งแรกสำหรับการแยกไอโซโทปของน้ำ ความสูงของเสา - 10 ม. เส้นผ่านศูนย์กลาง - 80 มม. การติดตั้งนี้อิงตามวิธีการแลกเปลี่ยนไอโซโทปแบบผสมผสานในระบบ "ไอน้ำ-ไฮโดรเจน" และการแก้ไขไอโซโทปไฮโดรเจนที่อุณหภูมิต่ำ

ในระหว่างปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนไอโซโทปตัวเร่งปฏิกิริยา (COI) ระหว่างไอน้ำและดิวเทอเรียมที่อุณหภูมิ 200 °C โปรเทียมและไอโซโทปจะถูกสกัดจากน้ำ "หนัก" และถ่ายโอนไปยังสถานะก๊าซในเวลาต่อมา:

จุด + D2 = DT + D2O,

HDO + D2 = DH + D2O

ระดับของการสกัดไอโซโทปจากน้ำ "หนัก" จะถูกกำหนดโดยค่าคงที่สมดุลและการทำให้บริสุทธิ์สามขั้นตอนจะต้องไม่เกิน 30 °% น้ำ "หนัก" บริสุทธิ์จากโปรเทียมและไอโซโทปจะถูกส่งกลับไปยังเครื่องปฏิกรณ์ ส่วนผสมของไฮโดรเจนไอโซโทป D2, DT, HD หลังจากการทำให้บริสุทธิ์จากสิ่งสกปรกและทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิ 25 K จะถูกป้อนเข้าไปในคอลัมน์อุณหภูมิต่ำ เนื่องจากกระบวนการแลกเปลี่ยนมวลระหว่างเฟสก๊าซและของเหลวของไอโซโทปไฮโดรเจน ไอโซโทปจึงมีความเข้มข้นในส่วนล่าง และโปรเทียมอยู่ที่ส่วนบนของคอลัมน์ การไหลของดิวเทอเรียมที่หมดไปในโปรเทียมและทริเทียมในรูปของ D2O จะถูกส่งกลับไปยังหน่วย CRO จากส่วนบนของคอลัมน์อุณหภูมิต่ำ โปรเทียมเข้มข้นจะถูกเลือกในรูปแบบของน้ำ "แสง" และจากส่วนล่าง ไอโซโทปเข้มข้นจะถูกเลือกในรูปแบบของน้ำไอโซโทป

การแก้ไขน้ำหมายถึงกระบวนการถ่ายเทมวลและดำเนินการในอุปกรณ์คอลัมน์ทวนกระแสที่มีองค์ประกอบสัมผัส - หัวฉีดหรือแผ่น ในกระบวนการนี้ การแลกเปลี่ยนอย่างต่อเนื่องเกิดขึ้นระหว่างโมเลกุลของเฟสของเหลวและไอน้ำที่เคลื่อนที่สัมพันธ์กัน ในกรณีนี้ เฟสของเหลวเสริมสมรรถนะด้วยส่วนประกอบที่มีจุดเดือดสูงกว่า และเฟสไอที่มีดิวเทอเรียมจุดเดือดต่ำกว่าและไอโซโทปหนักอื่นๆ - ทริเทียม (T) และออกซิเจน (18O)

ในกรณีส่วนใหญ่ การแก้ไขจะดำเนินการในอุปกรณ์คอลัมน์ทวนกระแสที่มีองค์ประกอบหน้าสัมผัสต่างๆ

ในกรณีส่วนใหญ่ การแก้ไขจะดำเนินการในอุปกรณ์คอลัมน์ทวนกระแสที่มีองค์ประกอบหน้าสัมผัสต่างๆ (รูปที่ 4) กระบวนการถ่ายเทมวลเกิดขึ้นตลอดความสูงทั้งหมดของคอลัมน์ระหว่างการไหลย้อนที่ไหลลงมาและไอน้ำที่ลอยขึ้นด้านบน เพื่อเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการถ่ายเทมวล จึงมีการใช้หัวฉีดและเพลต ซึ่งจะเพิ่มพื้นผิวการถ่ายเทมวล เมื่อใช้หัวฉีด ของเหลวจะไหลเป็นฟิล์มบาง ๆ บนพื้นผิว เมื่อใช้เพลต ไอน้ำจะผ่านชั้นของของเหลวบนพื้นผิวของเพลต

คอลัมน์การแก้ไขคำนวณโดยใช้แผนภาพการต้มน้ำสำหรับพารามิเตอร์การแก้ไขที่กำหนด - องค์ประกอบของแหล่งน้ำ ก้น น้ำกลั่น ผลผลิต และแรงดันใช้งานในคอลัมน์ จากนั้นเลือกประเภทและจำนวนของถาด ความเร็วของการเคลื่อนที่ของไอน้ำ เส้นผ่านศูนย์กลางของคอลัมน์ ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทมวล ความสูงของคอลัมน์ และความต้านทานไฮดรอลิกของถาดจะถูกกำหนด หลังจากนั้นจะมีการคำนวณคุณสมบัติการดำเนินงานตลอดจนตัวชี้วัดทางเศรษฐกิจของการใช้คอลัมน์การกลั่น ในทางปฏิบัติ เพื่อให้น้ำบริสุทธิ์จากไอโซโทปหนักได้ลึกยิ่งขึ้น จะไม่มีการใช้คอลัมน์การกลั่นเพียงคอลัมน์เดียว แต่ต้องใช้แบตเตอรี่ที่มีคอลัมน์ตั้งแต่ 10 คอลัมน์ขึ้นไปแยกกัน (สูงสุด 20 คอลัมน์)

วิธีการแยกไอโซโทปของน้ำนี้มีข้อดีหลายประการเมื่อเปรียบเทียบกับ โดยใช้วิธีการที่มีอยู่และช่วยให้น้ำธรรมชาติจากดิวเทอเรียมบริสุทธิ์ได้มีค่าประมาณ 20-30 ppm นอกจากนี้ ผลผลิตของการทำน้ำให้บริสุทธิ์ด้วยไอโซโทปด้วยวิธีนี้ยังสูงกว่าวิธีอื่นๆ ซึ่งช่วยลดต้นทุนได้อย่างมาก สันนิษฐานว่าในอนาคตจะมีการผลิตน้ำ "เบา" จำนวนมากสำหรับทุกคน

ใน เมื่อเร็วๆ นี้น้ำดื่ม "Langvey" "เบา" ปรากฏในตลาดภายในประเทศซึ่งผลิตโดยการกลั่นแบบคอลัมน์โดยมีปริมาณดิวทีเรียมตกค้างที่แตกต่างกัน (จาก 125 ถึง 50 ppm) (ตารางที่ 3)

จากการทดลองทางคลินิกที่ดำเนินการที่ศูนย์วิทยาศาสตร์รัสเซียสำหรับเวชศาสตร์ฟื้นฟูและ Balneology และที่สถาบันความงาม แนะนำให้ใช้น้ำดื่ม "เบา" "Langvey" เพื่อปรับการเผาผลาญคาร์โบไฮเดรตและไขมันให้เป็นปกติ ความดันโลหิต การแก้ไขน้ำหนัก ปรับปรุงการทำงานของ ระบบทางเดินอาหารเพิ่มความเร็วการแลกเปลี่ยนน้ำและกำจัดของเสียและสารพิษออกจากร่างกาย

ผลกระทบหลักของน้ำที่มี "แสง" ต่อร่างกายอธิบายได้จากปริมาณดิวทีเรียมในของเหลวในร่างกายทางสรีรวิทยาลดลงทีละน้อย เนื่องจากปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนไอโซโทป H-D การวิเคราะห์ผลลัพธ์ที่ได้อาจบ่งชี้ว่าการทำให้น้ำในร่างกายบริสุทธิ์จากน้ำที่ "หนัก" ด้วยความช่วยเหลือของน้ำดื่ม "เบา" สามารถปรับปรุงการทำงานของระบบสำคัญบางอย่างของร่างกายได้ ด้วยการบริโภคน้ำ "เบา" เป็นประจำ การทำความสะอาดร่างกายทั้งหมดจากน้ำ "หนัก" ที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นเกิดขึ้นเนื่องจากปฏิกิริยาของการแลกเปลี่ยนไอโซโทป H-D ในของเหลวทางสรีรวิทยา และการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบไอโซโทปของปัสสาวะและปริมาณแคลเซียมในนั้น บันทึกไว้ด้วย การบริโภคน้ำดื่มที่ "เบา" ทุกวันช่วยให้คุณสามารถลดปริมาณน้ำที่ "หนัก" ในร่างกายมนุษย์ได้ตามธรรมชาติเนื่องจากปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนไอโซโทป H-D กระบวนการนี้มาพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของกิจกรรมการทำงานของเซลล์ อวัยวะ และระบบของร่างกายบางส่วน ในเวลาเดียวกันกระบวนการเผาผลาญจะเป็นปกติ การป้องกันของร่างกายและการต้านทานต่ออิทธิพลที่ไม่พึงประสงค์จากภายนอกเพิ่มขึ้น

การบริโภคน้ำดื่มที่ "เบา" เป็นประจำจะช่วยลดปริมาณน้ำที่ "หนัก" ในร่างกายมนุษย์ลงเหลือ 111 ppm ตามธรรมชาติ สิ่งนี้มีประโยชน์ต่อการเผาผลาญ ปรับปรุงความเป็นอยู่ที่ดี เพิ่มประสิทธิภาพ และยังช่วยให้ร่างกายฟื้นตัวอย่างรวดเร็วหลังจากออกแรงอย่างหนัก

คุณสมบัติเชิงบวกของน้ำดื่ม "เบา" ได้รับการยืนยันจากการวิจัยและการทดลองทางคลินิก พบว่าน้ำที่ "เบา" ช่วยให้การเผาผลาญและความดันโลหิตเป็นปกติ ลดน้ำตาลในเลือดในผู้ป่วย โรคเบาหวาน Type II ทำความสะอาดร่างกายของสารพิษและของเสีย ส่งเสริมการรักษาอย่างรวดเร็วและฟื้นฟูเนื้อเยื่อกระดูกและกล้ามเนื้อหลังการบาดเจ็บ มีฤทธิ์ต้านการอักเสบ เพิ่มผล ยาส่งเสริมการแก้ไขน้ำหนัก ปกป้องเซลล์จากรังสี กำจัดสัญญาณของการถอนแอลกอฮอล์ แนะนำให้ใช้น้ำ "เบา" เพื่อทำความสะอาดร่างกายอย่างรวดเร็วและล้ำลึก ซึ่งจำเป็นในกรณีที่มีความผิดปกติของระบบเผาผลาญ ก่อนการผ่าตัดและหลังผ่าตัด ตลอดจนในการรักษาโรคเนื้องอก

น้ำ "เบา" ช่วยให้การเผาผลาญและความดันโลหิตเป็นปกติ ลดระดับน้ำตาล ทำความสะอาดสารพิษและของเสียในร่างกาย ส่งเสริมการรักษาอย่างรวดเร็วและฟื้นฟูเนื้อเยื่อกระดูกและกล้ามเนื้อหลังการบาดเจ็บ และมีฤทธิ์ต้านการอักเสบ

การทดลองทางคลินิกของน้ำ "เบา" ที่มีปริมาณดิวเทอเรียมตกค้าง 60-100 ppm ซึ่งดำเนินการโดยศูนย์วิจัยเวชศาสตร์ฟื้นฟูและบัลเนอโลยีแห่งรัสเซียของกระทรวงสาธารณสุขของสหพันธรัฐรัสเซียแสดงให้เห็นว่าสามารถแนะนำให้ใช้เป็นอาหารเสริมได้ การรักษาที่ซับซ้อนผู้ป่วยที่เป็นโรคเมตาบอลิซึม (ความดันโลหิตสูง, โรคอ้วน, ความผิดปกติของการเผาผลาญคาร์โบไฮเดรต, ภาวะไขมันผิดปกติ) และโรคเบาหวาน

นอกจากนี้ยังพบว่าน้ำ “เบา” ช่วยปรับปรุงคุณภาพชีวิตของผู้ป่วยนิ่วในไตและ การละเมิดต่างๆในการทำงานของระบบทางเดินอาหาร (ลำไส้ใหญ่และโรคกระเพาะ) เมื่อพิจารณาถึงพลวัตของการกระจายตัวของน้ำในร่างกาย ปฏิกิริยาของการแลกเปลี่ยนไอโซโทป (H/D และ 16O/18O) และผลลัพธ์ที่ได้ในน้ำ "เบา" จึงสามารถคาดหวังได้ว่า ผลกระทบที่ยิ่งใหญ่ที่สุดการทำน้ำให้บริสุทธิ์ด้วยไอโซโทปจะส่งผลกระทบต่อระบบการควบคุมและการเผาผลาญของร่างกาย

ประสิทธิผลของผลกระทบของน้ำ "เบา" ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์หลายอย่าง - น้ำหนักตัว ปริมาณน้ำในร่างกาย ปริมาณของน้ำ "เบา" ที่บริโภคในแต่ละวัน และระดับความบริสุทธิ์ของไอโซโทป ในตาราง ตารางที่ 4 แสดงผลการคำนวณการเปลี่ยนแปลงในปริมาณดิวเทอเรียมในร่างกายด้วยการใช้น้ำ "เบา" เป็นประจำโดยมีปริมาณดิวเทอเรียมตกค้างต่างกัน

การคำนวณดำเนินการตามข้อมูลต่อไปนี้: การบริโภคน้ำ "เบา" ทุกวัน - 1.0 หรือ 1.5 ลิตร การแลกเปลี่ยนน้ำทุกวัน - 2.5 ลิตร ปริมาณดิวทีเรียมในร่างกายสอดคล้องกับปริมาณในน้ำธรรมชาติ - ประมาณ 150 ppm ปริมาตรน้ำในร่างกายคือ 45 ลิตร (น้ำหนักตัวประมาณ 75 กก.)

การศึกษาคุณสมบัติเชิงบวกของน้ำ "แสง" ช่วยให้เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับโอกาสเพิ่มเติมสำหรับการใช้น้ำ "แสง" ในทางการแพทย์ ชีวิตประจำวัน และอุตสาหกรรมอาหาร ในอนาคต มีการวางแผนการทดลองโดยนักบินอวกาศจะบริโภค "น้ำเบา" เนื่องจากคุณสมบัติป้องกันรังสีของน้ำ "เบา" มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการบินในอวกาศ

บทสรุป

น้ำเบาเป็นน้ำธรรมชาติที่มีไอโซโทปหลากหลายชนิดที่ซับซ้อนในโครงสร้างและส่วนประกอบ ซึ่งมีผลกระทบหลายสรีรวิทยาต่อร่างกายมนุษย์ - ต่อต้านเนื้องอก ป้องกันรังสี และปรับปรุงสุขภาพโดยทั่วไป ผลกระทบหลักของน้ำที่มี "แสง" ต่อร่างกายคือการลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปของปริมาณดิวทีเรียมเนื่องจากปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนไอโซโทป H-D ในของเหลวทางสรีรวิทยา การวิเคราะห์ผลลัพธ์ที่ได้ช่วยให้เราสามารถพูดได้ว่าการทำความสะอาดร่างกายของน้ำที่ "หนัก" ด้วยความช่วยเหลือของน้ำ "เบา" สามารถปรับปรุงการทำงานของระบบสำคัญที่สำคัญที่สุดของร่างกายได้อย่างมีนัยสำคัญ

เมื่อพิจารณาถึงบทบาทของน้ำในร่างกาย ผลของไอโซโทปที่คำนวณได้ของน้ำ "หนัก" และผลลัพธ์ที่ได้รับต่อน้ำ "เบา" เราสามารถคาดหวังได้ว่าผลกระทบที่ยิ่งใหญ่ที่สุดอาจส่งผลต่อระบบการควบคุม เมแทบอลิซึม และอุปกรณ์พลังงานของเซลล์ที่มีชีวิต นั่นคือระบบเซลลูล่าร์ที่ใช้การเคลื่อนที่ของโปรตอนสูง (D) และ ความเร็วสูงการแตกพันธะไฮโดรเจน H+ และ D- นอกจากนี้ น้ำที่ "เบา" ยังมีความหนืดต่ำกว่าน้ำที่ "หนัก" ซึ่งช่วยให้ซึมผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้ง่ายขึ้น และด้วยเหตุนี้จึงควบคุมอัตราการแลกเปลี่ยนน้ำในร่างกาย ความสามารถในการละลายของเกลืออนินทรีย์ในน้ำเบานั้นสูงกว่าในน้ำหนักเล็กน้อยซึ่งทำให้สามารถกำจัดผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึมและสิ่งสกปรกจากเกลือที่เป็นอันตรายออกจากร่างกายได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น อัตราปฏิกิริยาของเอนไซม์ (ตัวเร่งปฏิกิริยา) ในน้ำเบาจะสูงกว่าน้ำธรรมดาเล็กน้อย สิ่งนี้ช่วยให้คุณเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการเผาผลาญซึ่งช่วยให้ร่างกายฟื้นตัวเร็วขึ้นหลังจากการทำงานหนัก ดังนั้นน้ำที่ "เบา" ช่วยให้คุณเพิ่มกระบวนการเผาผลาญของร่างกายได้อย่างเป็นธรรมชาติโดยไม่ต้องใช้ยาใดๆ

ไฮโดรเจนในน้ำมีไอโซโทป 3 ไอโซโทป: โปรเทียม 1H (โปรตอน + อิเล็กตรอน), ดิวทีเรียม 2H หรือ D (โปรตอน + นิวตรอน + อิเล็กตรอน), ไอโซโทป 3H หรือ T (โปรตอน + นิวตรอนสองตัว + อิเล็กตรอน) โดยมีเลขมวล 1, 2 และ 3 ตามลำดับ . โปรเทียมและดิวเทอเรียมเป็นไอโซโทปที่เสถียร ทริเทียมเป็นสารกัมมันตภาพรังสีบีตา โดยมีครึ่งชีวิต 12.26 ปี อะตอม H มีระดับการกระตุ้นต่างกัน

นอกจากไฮโดรเจนแล้ว ยังพบไอโซโทปในออกซิเจนอีก 5 ชนิด ยกเว้นไอโซโทปเสถียร O16 ที่รู้จักกันดี (มีน้ำหนักโมเลกุล 16) สามคนกลายเป็นสารกัมมันตภาพรังสี - O14, O15 และ O19 และ O17 และ O18 - เสถียร O16, O17 และ O18 พบได้ในน้ำธรรมชาติทั้งหมด และอัตราส่วน (โดยมีความผันผวนสูงถึง 1%) เป็นดังนี้: ต่อ 10,000 ส่วนของ O16 จะมี O17 4 ส่วน และ O18 20 ส่วน

ในแง่ของคุณสมบัติทางกายภาพ น้ำที่มีออกซิเจนหนักแตกต่างจากน้ำธรรมดาน้อยกว่าน้ำที่มีออกซิเจนหนัก ได้มาจากน้ำธรรมชาติโดยการกลั่นแบบแยกส่วนและใช้เป็นแหล่งยาที่มีฉลากออกซิเจน

เมื่อพิจารณาถึงความหลากหลายทั้งหมดขององค์ประกอบไอโซโทปของไฮโดรเจนและออกซิเจน เราสามารถพูดถึงน้ำที่มีไอโซโทปหลากหลายชนิดได้ เก้าแห่งประกอบด้วยไอโซโทปเสถียรเท่านั้นและประกอบขึ้นเป็นน้ำธรรมชาติจำนวนมาก โดดเด่นด้วยน้ำธรรมดา H12O16 (99.73%) ตามด้วยน้ำออกซิเจนหนัก H12O17 (0.04%) และ H12O18 (0.2%) รวมถึงความหลากหลายของไอโซโทปของน้ำหนัก H1D1O16 (0.03%)

ออกซิเจนในมนุษย์คือ 60% แต่ในแง่ของจำนวนอะตอม สิ่งมีชีวิตทั้งหมดประกอบด้วยไฮโดรเจน 2/3 อะตอมและออกซิเจน 4 อะตอม อัตราส่วนไอโซโทป: P:D = 1:4700 ในน่านน้ำภาคพื้นทวีป, P:D = 1:6800 อะตอมใน น้ำทะเล- กล่าวคือ ความเข้มข้นในน่านน้ำภาคพื้นทวีปคือ D = 0.0135 ที่.% หรือ 0.015 โดยน้ำหนัก% ในน้ำทะเล D = 0.015 ที่.% หรือ 0.017 โดยน้ำหนัก% ในน้ำธรรมชาติปริมาณไอโซโทปมีน้อยมาก - เพียง 10-18 เปอร์เซ็นต์อะตอม และยังพบได้ในน้ำดื่มอีกด้วย

ขึ้นอยู่กับชนิดและปริมาณของไอโซโทปไฮโดรเจน (H, D, T) และออกซิเจน (O14, O15, O16, O17, O18, O19) และระดับความบริสุทธิ์และการปนเปื้อน นักวิจัยระบุน้ำดื่มได้มากกว่าหนึ่งพันชนิด

โมเลกุลของน้ำมีความแตกต่างกันในองค์ประกอบไอโซโทป ปัจจุบันมีไอโซโทปของไฮโดรเจนอยู่ 5 ไอโซโทปที่แตกต่างกัน ในจำนวนนี้มีเพียงสองเท่านั้นที่เสถียร: โปรเทียมที่เบาที่สุด - มีมวลอะตอม 1 เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ 1H - ประกอบด้วยโปรตอน 1 ตัวและอิเล็กตรอน 1 ตัวและไฮโดรเจนหนักหรือดิวทีเรียมที่มีมวลอะตอม 2 เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ 2D - ประกอบด้วย 1 โปรตอน 1 นิวตรอน และ 1 อิเล็กตรอน ไฮโดรเจนหนักยิ่งยวดตัวที่สาม (มีมวลอะตอม 3) ประกอบด้วยโปรตอน 1 ตัว นิวตรอน 2 ตัว และอิเล็กตรอน 1 ตัว ทริเทียมมีกัมมันตภาพรังสี โดยมีครึ่งชีวิตประมาณ 12.3 ปี อายุการใช้งานของไอโซโทปที่เหลือจะต้องไม่เกินหลายวินาที

พบไอโซโทปหกชนิดในออกซิเจน: O14 O15, O16, O17, O18 และ O19 สามในนั้น: O16, O17 และ O18 มีความเสถียร และ O14, O15 และ O19 เป็นไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี ไอโซโทปที่เสถียรของออกซิเจนพบได้ในน้ำธรรมชาติทั้งหมด อัตราส่วนมีดังนี้: ต่อ 10,000 ส่วนของ O16 จะมี O17 4 ส่วน และ O18 20 ส่วน

ผลกระทบของไอโซโทปหรือไอโซโทปของน้ำขึ้นอยู่กับความแตกต่างในคุณสมบัติของไอโซโทปของไฮโดรเจนและออกซิเจน เนื่องจากความแตกต่างของมวลอะตอม โมเมนต์ความเฉื่อย และความแข็งแรงของพันธะเคมีที่เกี่ยวข้อง ยิ่งเลขอะตอมขององค์ประกอบมากเท่าใด ความแตกต่างสัมพัทธ์ของมวลไอโซโทปก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น สำหรับไอโซโทปไฮโดรเจน จะเป็น 100% สำหรับดิวทีเรียม D (2H) และ 200% สำหรับทริเทียม T (3H) เทียบกับโปรเทียม H (1H) ดังนั้นสำหรับไฮโดรเจน ผลกระทบของไอโซโทปจึงเด่นชัดที่สุด

มีไอโซโทป 42 ไอโซโทป (การรวมกันของอะตอมไอโซโทปที่แตกต่างกันทำให้เกิดชุดโมเลกุลของไอโซโทป 1) ของน้ำ (รวมถึงไอโซโทปที่เสถียรและไม่เสถียรของไฮโดรเจนและออกซิเจน) ในจำนวนนี้มีโมเลกุลของน้ำสามสิบสามโมเลกุลที่มีกัมมันตภาพรังสี และเก้าโมเลกุลของน้ำที่เสถียรและเสถียร

ความน่าจะเป็นของการก่อตัวของโมเลกุลที่มีองค์ประกอบของไอโซโทปต่างกันนั้นไม่เหมือนกัน ที่พบมากที่สุดคือโมเลกุลที่มีมวลน้อยที่สุดประกอบด้วยไฮโดรเจน - 1 (โปรเทียม) และออกซิเจน - 16 เนื้อหาของโมเลกุลที่หนักกว่าอื่น ๆ ในธรรมชาติไม่เกิน 0.23% มีการนำเสนอเนื้อหาของการดัดแปลงไอโซโทปของน้ำในธรรมชาติ โต๊ะ. 1.

ในทางปฏิบัติทั่วโลก เป็นเรื่องปกติที่จะแสดงปริมาณดิวทีเรียมเป็น ‰ หรือ ppm Ppm คือจำนวนโมเลกุลของน้ำที่มีพันธะเดี่ยวต่อ 1 ล้านโมเลกุลที่มีเพียงไอโซโทปแสง 1H เมื่อน้ำระเหยออกจากผิวมหาสมุทร ปริมาณดิวทีเรียมจะเปลี่ยนไป 20 ppm

ในอ่างเก็บน้ำแบบปิดจะมีน้ำปริมาณมากกว่า เนื่องจากการระเหยมีความเข้มข้นน้อยกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับน้ำธรรมดา จึงมีน้ำหนักมากขึ้นในพื้นที่ที่มีอากาศร้อน

พื้นผิวของมหาสมุทรยังอุดมด้วยดิวทีเรียมที่เส้นศูนย์สูตร (155 ppm) และในเขตร้อนซึ่งมีฝนตกบ่อยครั้ง ในระหว่างการก่อตัวของน้ำควบแน่นจากเฟสไอ และน้ำหนักควบแน่นเร็วกว่าน้ำเบา ดังนั้น การตกตะกอนอุดมไปด้วยน้ำหนัก

ปริมาณไอน้ำ 2H ต่ำสุดเหนือน้ำแข็งแอนตาร์กติก? 90 แผ่นต่อนาที สัดส่วนของดิวทีเรียมในน้ำแข็งของกรีนแลนด์ก็มีน้อยเช่นกัน (126 ppm) ปริมาณดิวทีเรียมในน้ำธรรมชาติที่มีต้นกำเนิดต่างๆ แสดงไว้ในตารางที่ 1 2.

ควรให้ความสนใจกับความจริงที่ว่าปริมาณดิวทีเรียมในน่านน้ำธรรมชาติของภูมิภาคอีร์คุตสค์นั้นต่ำกว่าในส่วนยุโรปของรัสเซียและในยุโรป ดังนั้น D/H ในไบคาลคือ 137.0 ppm และในบ่อน้ำแร่บางแห่ง - 132.0 ppm ในขณะที่ปริมาณ D ในแหล่งที่คล้ายกันในยุโรปอยู่ที่อย่างน้อย 145-150 ppm ข้อมูลดังกล่าวสามารถใช้เพื่อระบุแหล่งที่มาของแร่ธาตุและน้ำประปา (ตารางที่ 2)

การศึกษาไอโซโทปของออกซิเจน (O 16, O 17, O 18) และไฮโดรเจน (H 1, H 2, H 3) แสดงให้เห็นว่าอาจมี 18 ขึ้นอยู่กับการรวมกันของพวกมัน ประเภทต่างๆน้ำ. ตอนนี้ได้รับความสนใจเป็นพิเศษ หนัก หรือ ตาย น้ำ (H 2 2 O หรือ D 2 O) ซึ่งแตกต่างจาก น้ำธรรมดาพิเศษ คุณสมบัติทางชีวภาพ- เมล็ดพืชจะไม่งอกและเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตต่างๆ อย่างไรก็ตาม ปริมาณของน้ำนี้มักจะไม่มีนัยสำคัญและไม่มีผลกระทบที่เป็นอันตราย

น้ำหนักมีความหนาแน่น 1.106 ความหนาแน่นสูงสุดที่ + 11.8 0 C, t เดือด = 101.42 0, t ละลาย= 3.82.

การศึกษาไอโซโทปไฮโดรเจนแสดงให้เห็นว่าการแยกส่วนตามธรรมชาติขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย เมื่ออายุน้ำเพิ่มขึ้น (น้ำตกตะกอน) ปริมาณดิวทีเรียมจะเพิ่มขึ้น น้ำที่ตกผลึกกลายเป็นน้ำที่หนักกว่าน้ำธรรมดา เช่นเดียวกับน้ำที่มีอยู่ในเนื้อเยื่อของพืชและสัตว์ น้ำหนักยวดยิ่ง (T 2 O 18 หรือ H 2 3 O 18) มีความหนาแน่น 24 เช่น หนักกว่าน้ำธรรมดาถึง 33%

ความถ่วงจำเพาะ

ee 1.332, t bp.

103-105 0 C, จุดหลอมเหลวของน้ำแข็ง 8-10 0, จุดความหนาแน่นสูงสุด 18-20 0 C.

นักวิจัยบางคน (A.S. Uklonsky และคนอื่นๆ) เชื่อว่าออกซิเจน O 16 เป็นลักษณะของน้ำในชั้นบรรยากาศ น้ำบนพื้นผิวโลก และน้ำใต้ดินที่เลี้ยงโดยการตกตะกอน O 17 มีไว้สำหรับมหาสมุทร และ O 18 มีไว้สำหรับน้ำลึกของเปลือกโลก ค่อนข้างเป็นไปได้ที่ความแปรปรวนขององค์ประกอบไอโซโทปของน้ำพร้อมกับโครงสร้างเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้เกิดความผิดปกติของน้ำ 14.4 คุณสมบัติทางกายภาพของน้ำคุณสมบัติทางกายภาพที่สำคัญที่สุดของน้ำธรรมชาติ ซึ่งมักจะถูกกำหนดในระหว่างการศึกษาทางอุทกธรณีวิทยา ได้แก่ อุณหภูมิ สี ความโปร่งใส รสชาติ กลิ่น ความถ่วงจำเพาะ

อุณหภูมิ.

ความโปร่งใสของน้ำขึ้นอยู่กับปริมาณอนุภาคแขวนลอยที่อยู่ในน้ำ ถูกกำหนดในเชิงคุณภาพในหลอดทดลองโดยเทน้ำ 10 มิลลิลิตร เมื่อมองจากด้านบน ให้กำหนดระดับความโปร่งใสของน้ำตามระบบการตั้งชื่อ: โปร่งใส สีเหลือบเล็กน้อย สีเหลือบ สีขุ่นเล็กน้อย สีขุ่น สีขุ่นมากปริมาณ

ความโปร่งใสดำเนินการในอุปกรณ์ - กระบอกสูบที่มีก้นขัดเงาขนาดใหญ่ซึ่งมีความสูงเป็นเซนติเมตร ความโปร่งใสแสดงเป็นเซนติเมตรของความสูงของคอลัมน์ด้วยความแม่นยำ 0.5 ซม. ในการกำหนดปริมาณอนุภาคแขวนลอย ตัวอย่างน้ำ (0.5-1.0 ลิตร) จะถูกเขย่าและกรองผ่านถ้วยใส่ตัวอย่างแขวนลอยที่มีก้นเป็นรูพรุนหรือผ่านตัวกรองแขวน จากนั้นทำให้แห้งและชั่งน้ำหนัก ในกรณีที่ความโปร่งใสของน้ำเปลี่ยนแปลงขณะยืน จะให้คำอธิบายตะกอนที่ตกลงมา (ไม่มี เล็กน้อย สังเกตเห็นได้ชัด ใหญ่) และตามคุณภาพ (ผลึก ตกตะกอน ดินเหนียว ทราย ฯลฯ) ที่ระบุ สีของมัน

สี. สีของน้ำบ่งบอกถึงคุณภาพในระดับหนึ่ง ทางเคมีน้ำสะอาด

ไม่มีสีและมีเพียงชั้นเดียวที่มีความหนาหลายเมตรเท่านั้นจึงจะได้สีน้ำเงิน สิ่งเจือปนทางกลทำให้น้ำมีสี สีเหลืองเป็นลักษณะของน้ำพรุที่มีสารฮิวมิก บางทีน้ำก็มีสีชา(แม่น้ำชายา) น้ำเปลี่ยนเป็นสีดำเนื่องจากการก่อตัวของเหล็กโมโนซัลไฟด์ในสภาพพื้นผิว หลังจากที่สกัดจากความลึก

การกำหนดสีเชิงคุณภาพจะดำเนินการในน้ำใสในหลอดทดลองที่วางกระดาษสีขาวไว้ใต้นั้น สีของน้ำมีลักษณะดังนี้: ไม่มีสี, เขียว, เหลือง, น้ำตาล ฯลฯ

การหาปริมาณทำได้โดยการเปรียบเทียบน้ำทดสอบที่เทลงในกระบอกแก้วไม่มีสีขนาด 100 มล. สูง 20 ซม. โดยเทสารละลายแพลตตินัม-โคบอลต์มาตรฐานลงในกระบอกเดียวกัน เมื่อมองบนพื้นหลังสีขาว

รสชาติ.

รสชาติของน้ำขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของสารที่ละลายอยู่ในน้ำ

ตัวอย่างเช่น รสเค็มเกิดจาก NaCl, ความขมจาก MgSO 4, สนิมหรือหมึกดำจากเกลือของเหล็ก

น้ำที่อุดมไปด้วยอินทรียวัตถุมีรสหวาน

ต้มน้ำในหลอดทดลองด้วยจุกปิด แล้วดมกลิ่น ลักษณะของกลิ่น: ไม่มีกลิ่น ไฮโดรเจนซัลไฟด์ หนองบึง ดินเหนียว ขึ้นรา ฯลฯ

ตามคะแนน (ตั้งแต่ 0 ถึง 5) 3 ).

ความถ่วงจำเพาะ (ความหนาแน่น g/cm