ЭЛЕКТРОННЫЙ ПАРАМАГНЕТИЗМ ГИМАТОМЕЛАНОВЫХ КИСЛОТ ТОРФОВ

ПРИЗЕМНЫЙ ОБЪЕМНЫЙ ЗАРЯД ВОЗДУХА, РЕВЕРСИВНЫЙ ЭЛЕКТРОДНЫЙ ЭФФЕКТ И МЕХАНИЧЕСКАЯ РЕГИСТРАЦИЯ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Научная статья

Шулейкин В.Н.*

Институт проблем нефти и газа РАН, Москва, Россия

* Корреспондирующий автор (shvn1947[at]Yandex)

Аннотация

Отрицательный объемный заряд зоны реверсивного электродного эффекта приводит к расталкиванию с отрицательно заряженным горизонтальным коленом Г-образной рамки, что усиливается рычагом, плечи которого расстояние от точки приложения до оси вращения и радиус вертикального колена. Угол поворота поддается регулировки весом, длиной, площадью горизонтального колена и радиусом вертикального. Комплексные измерения атмосферного электрического поля и углов поворота позволяют перевести их в единицы напряженности атмосферного электрического поля.

Ключевые слова: реверсивный электродный эффект, отрицательный заряд, сила расталкивания, угол поворота, напряженность атмосферного электрического поля.

SURFACE AIR SPACE CHARGE, REVERSAL ELECTRODE EFFECT AND MECHANICAL REGISTRATION OF ATMOSPHERIC ELECTRIC FIELD

Research article

Shuleikin V.N.*

Oil and Gas Research Institute of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

* Corresponding author (shvn1947[at]yandex)

Abstract

The negative space charge of the zone of the reverse electrode effect leads to a repulsion with a negatively charged horizontal elbow of the L-shaped frame, which is enhanced by a lever whose shoulders are the distance from the point of application to the axis of rotation and the radius of the vertical elbow. The angle of rotation can be adjusted by weight, length, horizontal elbow area and vertical radius. Complex measurements of the atmospheric electric field and rotation angles make it possible to convert them into units of atmospheric electric field intensity.

Keywords: reverse electrode effect, negative charge, repulsion force, rotation angle, atmospheric electric field intensity.

Введение

Термин «гиматомелановые кислоты» был введен Ф. Гоппе-Зейлером в 1889 г. для части гуминовых кислот, растворимых в спирте. Гиматомелановые кислоты – фракция гуминовых кислот, растворимая в кислородсодержащих растворителях (спирт, ацетон, диоксан) – очень мало изучены, хотя в последнее время установлена их важная роль в биокаталитических процессах в растениях [2], [3].

Комиссаров и др. высказали предположение о наличии связи между биологической активностью гиматомелановых и гуминовых кислот и электронным парамагнетизмом их молекул, который определяется наличием свободных радикалов с неспаренными электронами [4].

Явление ЭПР заключается в резонансном поглощении электромагнитного излучения в диапазоне радиочастот веществами, помещенными в постоянное 756 магнитное поле, и обусловленное квантовыми переходами между энергетическими подуровнями, связанными с наличием магнитного момента у электронных систем [5].

Метод электронного парамагнитного резонанса ЭПР позволяет изучить свободные радикалы – наиболее активные реакционноспособные центры макромолекул гиматомелановых кислот, поскольку их действующим началом является свободный неспаренный электрон.

Анализ спектров ЭПР позволяет извлекать многообразные сведения о среде, в которой находится парамагнитная частица.

Это изучение электронной плотности в молекуле, определение характера спин- спиннового и спин-решеточного взаимодействия электронов, о чем можно судить по форме и ширине сигнала. Существенную информацию дает определение количества парамагнитных центров в исследуемых веществах для сравнительной оценки препаратов гуминовых кислот различных почв по интегральной интенсивности сигналов ЭПР.

Определение количества парамагнитных центров дает возможность вычислить условную среднестатистическую молекулярную массу. Она рассчитывается по формуле:

где M – средняя молекулярная масса условных парамагнитных молекул, г/моль;

N_A – постоянная Авогадро 6,022*10²³, моль⁻¹;

N_e – удельная концентрация парамагнитных центров, спин⋅г⁻¹ [6], [7], [8].

Данные «молекулярные массы» не являются молекулярными массами ГМК. Это молекулярные массы условных парамагнитных молекул, полученных при допущении, что одна молекула обладает одним парамагнитным центром. По своей сути данные молекулярные массы являются альтернативным представлением удельной концентрации парамагнитных центов. Чем больше молекулярная масса, тем меньше парамагнитных центров находится в 1 грамме вещества.

Объекты и методы исследования

Объектами исследования были выбраны гиматомелановые кислоты торфов различного типа и вида, отобранные на территории Ханты-Мансийского АО.

Таблица 1 –Характеристика торфов Ханты-Мансийского А

Шифр	Провинция	Вид торфа	Тип торфа	Степень разложения, %
1.1	Юганско-Ларьеганская	Сфагновый	Верховой	30
1.3	Юганско-Ларьеганская	Сфагновый	Верховой	15
1.4	Вандрас-Юганская	Сфагновый	Верховой	15
2.6	Среднеобская	Древесный	Переходный	50
2.14	Кондинская	Травяной	Переходный	15
3.1	Северососьвинская	Древесно-травяной	Переходный	30
3.3	Северососьвинская	Пушицевый	Переходный	25
3.4	Северососьвинская	Сфагновый	Верховой	20
3.5	Северососьвинская	Травяной	Низинный	25
4.2	Казымская	Травяной	Верховой	55
4.6	Казымская	Сфагновый	Верховой	35
4.8	Надымская	Сфагновый	Верховой	10
4.9	Белогорская	Осоковый	Переходный	40
4.10	Белогорская	Сосново-кустарничковый	Верховой	15
5.4	Полуйская	Древесный	Переходный	45
8.2	Среднеобская	Травяной	Переходный	30

Извлечение гиматомелановых кислот проводилось экстракцией из торфа кипящим спиртом в аппарате Сокслета с целью более полного извлечения [9].

Спектры ЭПР гиматомелановых кислот записаны на спектрометре ELEXSYS-IIE500/540.

Результаты исследования

Типичный ЭПР спектр широкой разверстки (область значений магнитного поля (H) от 1510 до 5510 Гс) ГК шейхцериево-сфагнового верхового торфа представлен на рисунке 1. На спектре присутствует синглет в области магнитного поля 3510 Гс, ширина линии около 4.16 Гс, отвечающий свободным радикалам органических веществ[10].

Рис. 1 – ЭПР спектр ГК шейхцериево-сфагнового верхового торфа

Спектры ЭПР широкой разверстки исследованных ГМК значительно отличаются от типичных спектров ГК. Чем выше парамагнитная активность молекул ГМК, тем больше их спектры схожи со спектрами ГК (рис. 2).

Рис. 2 – ЭПР спектр ГМК образца 1.1 сфагнового верхового торфа

Как и на спектрах ГК, на спектрах ГМК присутствует синглет в области магнитного поля около 3510 Гс, отвечающий свободным радикалам органических веществ, но интенсивность данного синглета на порядок ниже.Спектр ЭПР ГМК с низкой парамагнитной активностью представлен на рисунке3.

Рис. 3 – ЭПР спектр ГМК образца 4.8 сфагнового верхового торфа

В отличие от типичных ЭПР спектров ГК, на спектрах ГМК в области 1720-3520 Гс отчетливо наблюдаются широкие сигналы различной степени интенсивности, обусловленные присутствием парамагнитных неорганических соединений.

Рис. 4 – ЭПР спектр ГМК образца 2.14 травяного переходного торфа

Из удельного числа спинов были рассчитаны количество парамагнитных центров и удельная концентрация парамагнитных центров в гиматомелановых кислотах. Результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Результаты количественной ЭПР спектроскопии образцов ГМК

№	Метод ABS Spins			Метод с использованием двойного резонатора
	Число парамагнитных центров в образце	Масса ГМК, мг	Удельная концентрация парамагнитных центров, спин⋅мг-1	Число парамагнитных центров в образце	Масса ГМК, мг	Удельная концентрация парамагнитных центров, спин⋅мг-1
1.1	1,08E+15	49,6	2,19E+13	2,73E+14	49,6	5,50E+12
1.3	9,16E+14	44,1	2,08E+13	2,16E+14	44,1	4,90E+12
1.4	3,04E+14	28,8	1,06E+13	1,35E+14	28,8	4,70E+12
2.6	3,79E+14	45,4	8,34E+12	1,02E+14	45,4	2,24E+12
2.14	5,13E+14	37,9	1,35E+13	1,59E+14	37,9	4,19E+12
3.1	2,56E+14	40,6	6,30E+12	8,68E+13	40,6	2,14E+12
3.3	5,95E+14	42,3	1,41E+13	1,29E+14	42,3	3,04E+12
3.4	5,57E+14	56,8	9,80E+12	1,34E+14	56,8	2,36E+12
3.5	8,02E+14	41,4	1,94E+13	1,44E+14	41,4	3,49E+12
4.2	7,44E+14	60,3	1,23E+13	1,47E+14	60,3	2,44E+12
4.6	9,99E+14	59,5	1,68E+13	1,82E+14	59,5	3,06E+12
4.8	2,65E+14	51,6	5,13E+12	5,13E+13	51,6	9,94E+11
4.9	7,09E+14	54,3	1,31E+13	1,27E+14	54,3	2,33E+12
4.10	4,59E+14	36,6	1,25E+13	1,05E+14	36,6	2,87E+12
5.4	8,27E+14	36,3	2,28E+13	1,98E+14	36,3	5,45E+12
8.2	2,11E+15	55,6	3,80E+13	5,00E+14	55,6	8,99E+12

В таблице 3 представлены результаты пересчета удельной концентрации парамагнитных центров на 1 грамм вещества и расчёта средней молекулярной массы условных парамагнитных молекул.

Таблица 3 – «Молекулярная масса» условных парамагнитных молекул ГМК

Шифр	Вид торфа	Тип торфа	Степень разложения, %	Удельная концентрация, спин⋅г-1	Молекулярная масса, г/моль
1.1	Сфагновый	Верховой	30	2,19E+16	2,75E+07
1.3	Сфагновый	Верховой	15	2,08E+16	2,90E+07
1.4	Сфагновый	Верховой	15	1,06E+16	5,71E+07
2.6	Древесный	Переходный	50	8,34E+15	7,22E+07
2.14	Травяной	Переходный	15	1,35E+16	4,45E+07
3.1	Древесно-травяной	Переходный	30	6,30E+15	9,56E+07
3.3	Пушицевый	Переходный	25	1,41E+16	4,28E+07
3.4	Сфагновый	Верховой	20	9,80E+15	6,15E+07
3.5	Травяной	Низинный	25	1,94E+16	3,11E+07
4.2	Травяной	Верховой	55	1,23E+16	4,88E+07
4.6	Сфагновый	Верховой	35	1,68E+16	3,59E+07
4.8	Сфагновый	Верховой	10	5,13E+15	11,75E+07
4.9	Осоковый	Переходный	40	1,31E+16	4,61E+07
4.10	Сосново-кустарничковый	Верховой	15	1,25E+16	4,80E+07
5.4	Древесный	Переходный	45	2,28E+16	2,64E+07
8.2	Травяной	Переходный	30	3,80E+16	1,58E+07

Наибольшей парамагнитной активностью обладает образец 8.2 ГМК травяного переходного торфа с удельной концентрацией парамагнитных центров равной 3,80⋅10¹⁶ спин⋅г^-1. Наименьшей обладает образец 4.8 сфагнового верхового торфа 5,13⋅10¹⁵ спин⋅г^-1.

Для сравнения парамагнитной активности исследованных ГМК, удобно воспользоваться отношением «молекулярных масс» ГМК к «молекулярной массе» наиболее парамагнитного образца. Чем выше полученные отношения, тем больше различий в макромолекулах ГМК в плане парамагнитной активности (рис. 6).

Рис. 6 – Отношение «молекулярных масс» ГМК относительно образца 8.2

Образцы 5.4, 1.1, 1.3, 3.5, 4.6 близки по парамагнитной активности и обладают средней условной молекулярной массой примерно в два раза превышающей «молекулярную массу» ГМК образца 8.2.

Образцы 4.6, 3.3, 2.14, 4.9, 4.10, 4.2 близки по парамагнитной активности и обладают средней условной молекулярной массой примерно в три раза превышающей «молекулярную массу» ГМК образца 8.2.

Образцы 1.4 и 3.4 близки по парамагнитной активности и обладают средней условной молекулярной массой примерно в четыре раза превышающей «молекулярную массу» ГМК образца 8.2.

Отношения молекулярных масс последних трех образцов растут в ряду: 2.6, 3.1, 4.8, а превышение «молекулярной массы» составляет: 4,55, 6,03, 7,41 раз соответственно.

Заключение

1. Спектры гиматомелановых кислот отличаются от спектров гуминовых кислот. Чем выше парамагнитная активность молекул ГМК, тем больше их спектры схожи со спектрами ГК. Наибольшей парамагнитной активностью обладает образец 8.2 ГМК травяного переходного торфа с удельной концентрацией парамагнитных центров равной 3,80⋅10¹⁶ спин⋅г^-1. Наименьшей обладает образец 4.8 сфагнового верхового торфа 5,13⋅10¹⁵ спин⋅г^-1.

2. «Молекулярные массы» гиматомелановых кислот являются альтернативным представлением удельной концентрации парамагнитных центов. Чем больше молекулярная масса, тем меньше парамагнитных центров находится в 1 грамме вещества.

Конфликт интересов  Не указан.

Conflict of Interest  None declared.