Одним из самых важных открытий второй половины XX века и первого десятилетия ХХI века является то, что только вода, активная по биологическим признакам и очищенная на молекулярном уровне, может успешно бороться с болезнями, оздоравливать и омолаживать организм человека и животных, улучшать условия работы клеток, различных внутренних органов и жизненных систем. Для того чтобы быть лечебной, вода должна быть не только чистой, но и легкой.
Человеческий младенец, появляясь на свет, состоит из воды почти на 85%. Взрослея, он теряет воду, или «усыхает».
Организм взрослого человека содержит в среднем 70% воды, а после 60 лет – уже всего 50%. Отсюда можно сделать вывод такой, что механизм старения – это, прежде всего, потеря организмом влаги!
При быстром сокращении потребления воды происходит обезвоживание организма, и человек начинает болеть.
Вода – не только составная часть клеток и тканей тела, но и та среда, в которой протекают все жизненные процессы организма.
Наш организм – уникальная самонастраивающаяся система. Он может самостоятельно, без всякого вмешательства с нашей стороны, противостоять заболеваниям, регулировать метаболизм (обмен веществ) и производить самообновление клеток.
Для нормальной работы ему необходимо создать благоприятную среду – качественную и чистую питьевую воду!
Какая же питьевая вода является наиболее качественной, максимально полезной для жизнедеятельности нашего организма?
Согласно проведенному в России опросу, абсолютное большинство людей отвечает на этот вопрос примерно так:
Это чистая, прозрачная, без примесей и неприятных запахов, приятная по вкусу, прохладная, освежающая, колодезная, родниковая вода.
Это органолептическое, субъективное восприятие человеком понятия «чистая вода». Именно его используют сегодня в своих интересах производители, усиленно рекламирующие различные виды бутилированной питьевой воды из как бы «целебных» источников, а также «наивысшей степени очистки».
На самом деле «целебное» воздействие химически очищенной питьевой воды на организм намеренно преувеличивается производителями бутилированной воды, заинтересованными в увеличении ее потребления.
На основе современных знаний наука утверждает, что питьевая вода из водопровода, артезианской скважины, колодца, бутылки из магазина, очищенная и даже прозрачная на вид и без неприятного запаха, ничем не может помочь нашему организму!
С химической точки зрения любая природная вода представляет собой раствор различных элементов: минеральных солей различной концентрации, газов, бактерий и микроорганизмов, содержание которых определяет индивидуальные свойства воды.
Воды, в которых содержание этих компонентов выше, чем в обычной питьевой воде, называются минеральными.
Человек, в отличие от растений, не обладает способностью усваивать растворенные в природной воде неорганические минеральные вещества.
Кроме того, природная вода минеральных источников содержит минералов и микроэлементов в 30–40 раз меньше, чем их содержится в животной и растительной пище.
Именно поэтому минеральная вода, природная или бутилированная, может оказывать на организм человека временное тонизирующее воздействие, но одновременно с этим нередко вносит вредные для него компоненты.
В то же время регулярное потребление питьевой воды высокой степени физико-химической очистки приводит к недостатку (вымыванию) в организме необходимых элементов и, как следствие, к повышенному риску целого ряда болезней.
Питьевая вода, очищенная разнообразными фильтрами на физическом уровне, даже прозрачная и приятная на вкус, не является молекулярно чистой и не оказывает значительного влияния на жизнедеятельность нашего организма. Можно говорить лишь о ее относительной безопасности.
Самое грандиозное открытие в водной области состоит в том, что только биологически активная вода, очищенная на молекулярном уровне, способна с успехом противостоять болезням, оздоравливать и омолаживать организм, улучшая условия работы клеток, различных внутренних органов и систем.
Долгое время все люди и в разных странах считали, что вода – очень простое химическое соединение, описываемое формулой H2O, но научные фундаментальные исследования ХХ века показали: воды, которая привычно зовется H2O, в природе не существует!
Любая натуральная природная вода – это сложная комбинация различных изотопов кислорода и водорода. На 99,7% она состоит из воды, состоящей из двух атомов легкого (по своему атомному весу) водорода 1H, называемого протием, и одного атома легкого кислорода.
Такую воду ученые называют легко-изотопной (легкой), а в народе ее зовут еще и талой. Вся вода на планете Земля в той или иной степени является легкой.
В качестве примеси в любой природной воде постоянно присутствует и тяжело-изотопная (тяжелая) вода, содержащая тяжелые изотопы, в том числе дейтерий D2O – тяжелый изотоп водорода, Т2O – тритий и разные изотопы тяжелого кислорода.
Тяжелая вода в чистом виде является ядом для всего живого!
В одном литре любой природной воды, которую мы ежедневно пьем, кроме химических примесей содержится 2,33 граммов тяжелой воды. В чем заключается угроза тяжелой воды (окиси дейтерия) для организма?
Среди всех стабильных изотопов изотопные эффекты дейтерия на живые организмы самые высокие. По своим химическим свойствам дейтерий идентичен атому водорода и при попадании в организм способен замещать его во всех жизненно важных обменных реакциях и соединениях, в том числе цепочках молекул РНК и ДНК.
Это приводит к сбоям в работе различных систем организма, потому что биологически такая замена является далеко не равноценной.
Изучая эффекты воздействия легкой и тяжелой воды на живые организмы, ученые пришли к таким сенсационным выводам:
Живая клетка способна реагировать даже на едва заметные изменения содержания дейтерия в воде.
Пониженное содержание дейтерия в воде стимулирует жизненные процессы.
Повышенная концентрация в воде дейтерия и других тяжелых изотопов крайне опасна для всего живого.
На развитие животных и высших растений тяжелая вода также действует угнетающе, а если их поить или, соответственно, поливать такой водой, на половину состоящей из тяжелых молекул, их развитие полностью прекращается.
Подопытных животных поили водой, треть которой была заменена тяжелой водой. Через некоторое время животные погибали в результате нарушения обмена веществ.
Тяжелая вода неравномерно распределена в мировых водах Земли. Это связано с температурой различных районов Земли и их удаленностью от очагов экологического загрязнения.
Существенно полезнее воды, которую мы обычно пьем в городах, – талая вода высокогорных ледников, в ней содержание тяжелой воды на 10–12% ниже. Не случайно среди горцев, которые пьют ее постоянно, долгожителей намного больше, чем среди жителей больших населенных пунктов.
В замкнутых водоемах ее больше, так как по сравнению с обычной водой она испаряется не так интенсивно. Тяжелой воды больше всего в регионах с жарким климатом: на экваторе и в тропиках. Невелика доля дейтерия и во льдах Гренландии.
Свой вклад в распределение тяжелой воды по Земле вносят частые атмосферные осадки, которые разносят дейтерий по планете.
Поверхность Мирового океана обогащена дейтерием по-разному, но глубинная вода очень стабильна по своему изотопному составу.
Помимо общепринятого Венского стандарта SMOW, соответствующего глубинной воде Мирового океана, существует еще стандарт воды из Гренландского льда.
Стандарт SLAP соответствует природной воде из Антарктики, самой легкой природной воде на Земле.
Невозможно напоить всех желающих живительной легкой водой, добывая ее на труднодоступных высотах свыше 6 000–7 000 м или в ледяных пустынях.
Мифы и легенды разных народов несут в себе извечную мечту людей о живой воде, способной лечить болезни, давать человеку вечную молодость и даже бессмертие.
Что скрывается за мифами и легендами о живой и мертвой воде?
Первозданная чистая и живая вода способна оздоравливать и омолаживать. Но никаких следов природной «живой» сверхлегкой воды в глубинах недр, в родниках, колодцах или лесных озерах – нет! Зато они присутствуют внутри человеческого организма и организма животных, которые ориентируются в своей жизнедеятельности на легкие изотопы, которых в природе больше.
Жиры, из которых образованы липиды мембран клеток, обеднены дейтерием (131 ppm), по сравнению с той водой (142 ppm и выше), которую мы потребляем из окружающей среды и которая заполняет межклеточное пространство внутри нашего организма.
В экстремальных условиях сильного стресса и неблагоприятных внешних воздействий для мобилизации жизненных сил организм первым делом освобождается от тяжелых изотопов, в том числе от дейтерия и тяжелого кислорода.
Наш организм дает нам разгадку «кода жизни». Необыкновенный расцвет высокоразвитой жизни на Земле в древнейшие времена обеспечила живая – легкая вода, в составе которой дейтерия и тяжелых изотопов было существенно меньше современного их уровня.
Очевидно, что питьевая вода на том уровне чистоты и легкости, которая нам доступна в природе, сегодня уже не является оптимальной для нормальной жизнедеятельности нашего организма! Уровень дейтерия в природной воде показывает аномально высокие для человеческого здоровья колебания.
Массивное повреждение генофонда радиоактивными и тяжелыми изотопами водорода и кислорода воды наносит ощутимую угрозу растениям, животным и человеку! Многолетние исследования подтвердили: постепенное накопление в организме человека тяжелых изотопов водорода и кислорода из потребляемой воды приводит к незаметному отравлению организма, с течением времени вызывает различные болезни, в том числе рак, повреждает гены, способствует ускоренному старению.
В начале XXI века среди ученых мира раздались голоса о том, что человеку грозит вымирание, если он не перейдет на употребление легкой воды, очищенной от тяжелых изотопов дейтерия 2Н и кислорода 18О.
Именно поэтому очистка воды на молекулярном уровне от дейтерия, а через нее и жидкостей организма человека в последнее время привлекает внимание все большего числа исследователей.
Методы механической, химической, биологической очистки, используемые при изготовлении обычной питьевой воды, способны удалить лишь нежелательные химические примеси, но не тяжелую воду! Только очистка природной воды на молекулярном уровне способна значительно улучшить качество питьевой воды. На сегодняшний день можно уверенно утверждать: никаких других средств для получения по-настоящему чистой воды у человека не существует! Чтобы быть целебной, вода должна быть не только чистой, но и легкой!
Исследования последнего времени показали, что легкая вода с пониженным содержанием дейтерия – мощнейший биостимулятор, повышающий функциональные возможности организма на клеточном уровне и обладающий мощными лечебными свойствами!
Даже неглубокая (на 5–10%) очистка воды от дейтерия способна значительно улучшить ее, придавая воде иммуностимулирующие и омолаживающие свойства, не говоря уже о глубокой очистке воды.
Потреблявшие воду, в которой содержалось дейтерия на 25% ниже нормы, свиньи, крысы и мыши дали потомство, гораздо многочисленнее и крупнее обычного, а куры стали нести вдвое больше яиц. Пшеница, которую поливали легкой водой, созрела раньше и дала более высокий урожай.
Проблема качества потребляемой питьевой воды занимает сегодня одно из центральных мест в государственной политике разных стран, в том числе и в странах СНГ, где существуют регионы, в которых до половины всех болезней связаны с употреблением вредной для здоровья воды. Специалисты утверждают: переход на потребление чистой воды увеличит продолжительность жизни россиян на пять – семь лет.
Что же такое «легкая вода» и почему она так полезна?
Так что же это на самом деле за вода такая, в чем состоит ее польза, кому она нужна и зачем? Да нам она и нужна – людям, хотя братьям нашим меньшим она тоже вреда не принесет.
Все, или почти все, знают, что человеческий организм по большей части состоит из воды. Но мало кто интересовался, что за вода в нас присутствует. Ну Н2О и есть Н2О. Что тут еще нового, казалось, может быть? Оказывается, может. Хотя для специалистов это, конечно, давно установленный научный факт.
Вся природная (в реках, морях и океанах, ключевая и прочая) и промышленно подготовленная (в кране, бутилированная, минеральная, артезианская) вода состоит из девяти видов молекул, которые отличаются друг от друга молекулярной массой. А разные по весу молекулы одного и того же вещества содержат атомы разного веса, называемые изотопами. Это природные изотопы, которые были, есть и будут в разных химических веществах и соединениях, что не должно вызывать у людей каких-то опасений. Они есть и в продуктах, и в напитках, существующих на водной основе (соках, молоке, квасе, пиве и т.д.).
Основную часть воды составляют молекулы 1H216O, которые содержат изотопы двух элементов – водорода и кислорода. Это та самая «легкая» вода. Ее еще называют протиевой, или талой, водой. Она составляет примерно 99,73 % от общей массы воды. Остальная часть – 0,27% – это восемь молекул тяжелой (тяжело-водородной, тяжело-кислородной, их сочетаний) воды, которые по нарастанию их массы располагаются так: 1H2H16O (1HD16O), 2H216O (D216O), 1H217O, 1H2H17O (1HD17O), 2H217O, 1H218O (D217O), 1H2H18O (1HD18O), 2H218O (D218O).
Таким образом, самый легкий изотоп водорода – это атом, обозначаемый 1H, где цифра 1 в виде левого верхнего индекса обозначает, что это классический атом водорода, т.е. содержащий в ядре только одну положительно заряженную частицу протон, а вокруг него по орбите вращается одна отрицательно заряженная частица – электрон. Это самый распространенный изотоп и называется он – протий.
Кроме этого, у водорода существуют еще два изотопа – 2H (дейтерий) и 3H (тритий). Но тритий в природе встречается крайне редко и, в основном, находится в верхних слоях атмосферы и влияние на человеческий организм оказывает незначительное. Другое дело – дейтерий. Он имеет самостоятельное обозначение D, вместо 2H.
Чем же дейтерий отличается от протия и почему он тяжелее? А дело в том, что в его ядре кроме протона находится еще одна элементарная частица – нейтрон. Согласно своему названию, он имеет нейтральный заряд и не влияет на баланс молекулы по заряду не только водорода, но и других веществ. Но вот вес у него имеется, и он собой утяжеляет протий на одну единицу, и получается дейтерий, на две единицы – и мы имеем тритий.
Молекулы кислорода тоже имеют свои изотопы – 16O, 17O и 18O. Этих кислородных изотопов в воде присутствует больше, чем водородных.
В общей сумме все тяжелые изотопы дают примерно 2,97 г/кг, что сопоставимо с содержанием в воде минеральных солей.
Какими же свойствами и эффектами обладают все эти виды воды? Для удобства будем далее именовать воду с содержанием молекул 1H216O – легкой водой, а воду с содержанием восьми тяжелых изотопов обобщенно – тяжелой водой. Они имеют разную плотность, температуры плавления (замерзания) и кипения, вязкость и давление пара.
Так, к примеру, тяжелая вода начинает замерзать при температуре +3,98 0С, а легкая, как всем известно – при 0 0С. А происходит это из-за того, что тяжелые молекулы менее подвижные, чем легкие, и они быстрее «схватываются» и застывают.
Заметно различаются показатели давления пара для разных молекул воды. Чем меньше масса молекулы, тем больше давление пара. А это имеет существенное значение при малых массах элементов. Разные изотопы сильно фракционируют в процессах испарения-конденсации и кристаллизации воды. Это позволяет их разделять бытовыми и промышленными способами.
На неживую природу все эти разновидности воды не имеют заметного влияния, зато на живые организмы они оказывают серьезное биологическое воздействие. Так, в процессе эволюции живые организмы настраивались на биохимические процессы с участием легких изотопов. Они поддерживают хорошее здоровье и положительно влияют на продолжительность жизни.
А механизм их положительного воздействия таков:
Устойчивая жизнедеятельность организма обеспечивается поступлением в него питательных веществ, желательно сбалансированных по составу, количеству, калорийности; их перевариванием, всасыванием в кровь, которая разносит эти питательные вещества по всему организму и питает клетки. В клетках эти вещества перерабатываются, а отходы (шлаки, токсины) выводятся через лимфатическую (дренажную) систему. То есть происходит обмен веществ (внутриклеточный и межклеточный метаболизм). Особенно сильное влияние качество воды имеет на энергетический и дыхательный центр клетки – митохондрию.
Когда человек пьет обычную воду, например из крана, в его клеточную структуру поступают и легкие, и тяжелые изотопы тех же водорода и кислорода, как одних из основных элементов для строительства организма. Пока человек молодой, соотношение разных изотопов влияет на здоровье не сильно. С течением времени тяжелых изотопов в клетках организма скапливается все больше, а это начинает отрицательно влиять на генный аппарат клеток. Начинаются мутагенные процессы и развиваются такие грозные заболевания, как сердечно-сосудистые, онкологические и сахарный диабет.
Значит, избежать этих болезней, снизить их отрицательное воздействие или максимально оттянуть время их наступления можно, если пить преимущественно легкую воду и готовить напитки и блюда на их основе. Она ускоряет скорость протекания биологических реакций, быстрее выводит вредные вещества из клетки, работает как хороший растворитель.
Вывести тяжелые изотопы воды из организма можно только с помощью реакций изотопного обмена, для чего должна использоваться легкая вода. Увеличение доли легких молекул обеспечивает новую степень чистоты питьевой воды, что при ежедневном употреблении реализуется в повышении работоспособности, физической активности, выносливости и сопротивляемости организма. Организм оживает и проявляется омолаживающий эффект.
Чем дольше пьет человек легкую воду, тем меньше ему требуется лекарств, уменьшаются дозировки, а эффективность их воздействия возрастает. Если эту воду пить во время голодания, практически не ощущается чувство голода.
Естественно, что здоровье людей определяется комплексом самых разных факторов, влияющих на организм в разной степени: окружающей экологией, механизмами генной наследственности, внутренним психологическим настроем, но все же, как представляется, гораздо большее значение имеет то, что мы в организм вводим, какие вещества поглощаем с пищей и водой.
Очень важно наладить индустриальное производство легкой воды, поскольку население потребляет большое количество напитков и продуктов, производимых промышленным путем. То есть если скооперировать усилия людей на домашнем уровне и народного хозяйства на промышленном уровне, то можно достичь значительных успехов в оздоровлении населения страны, постепенно начать увеличивать продолжительность жизни и улучшать демографическую ситуацию.
Способы получения легкой воды
Ректификационный способ
При этом способе для получения легкой воды в составе оборудования в качестве основного элемента используется ректификационная колонна. Это слишком громоздкое устройство для получения экономически оправданного промышленного количества конечного продукта по соотношению весо-габаритных характеристик колонны к объему получаемой легкой воды, что повышает материалоемкость этого способа.
Кроме того, сам процесс состоит из стадий заливки исходной воды, ее испарения, конденсации пара легкой воды, ее слива. При этом восходящий в камеру конденсации пар легкой воды проходит через поток нисходящей воды, и поэтому пар насыщается тяжелыми молекулами, что не обеспечивает приемлемую чистоту конечной легкой воды за один цикл работы. Для достижения нужного качества легкой воды в размере 997 и более грамм на 1 кг обычной воды необходимо осуществить несколько циклов ее очистки, что отрицательно влияет на себестоимость работ, повышая их стоимость за счет потраченного дополнительного времени и дополнительных энергозатрат.
Электролизный способ
Для этого способа необходимо устройство-электролизер с твердым ионообменным электролитом. В нем разлагают конденсат атмосферной влаги, или дистиллят. Получаемые электролизные газы преобразуют и конденсируют в воду. Процесс происходит при повышенной температуре +60 – +80 0С. Производят изотопный обмен электролизного водорода с парами воды на гидрофобизированном и промотированном катализаторе на носителе из активированного угля, содержащем фторопласт, палладий или платину.
Из полученного электролизного водорода и кислорода удаляют пары воды, пропуская их через ионообменные фильтры. Очищенные электролизные газы преобразуют в воду, затем производят ее доочистку, минерализацию.
Кроме сложности самого технологического процесса, применяются дорогостоящие материалы (палладий, платина), а также велики затраты на электроэнергию для осуществления электролиза.
Ручной способ с охлаждением исходной воды и заморозкой льда
Этот способ применяется в домашних условиях. Для этого используют бытовые квартирные холодильники и морозильные камеры, или зимой - морозный атмосферный воздух с улицы.
Чтобы получать легкую воду по этому способу, не нужны специальные технические средства, а возможно использовать домашнюю посуду, при этом электроэнергия применяется минимальная и только для работы холодильника (морозильника), а зимой вообще электроэнергия не используется.
Данный способ разделяется на два подвида. При первом способе удаляется появившийся в виде игольчатой пленки тонкий лед из тяжелых молекул воды с поверхности сосуда, а остальная легкая вода сливается в другой сосуд. При втором способе полностью замораживается весь объем воды, а затем из середины ледяного куска струей теплой воды вымывается замерзший более плотным и темным куском лед тяжелой воды, а оставшийся, более прозрачный, внешний кусок растапливается в виде легкой воды.
Недостаток этого способа заключается в том, что он требует больших затрат личного времени, меньше всех обеспечивает чистоту легкой воды, и этим способом нельзя производить промышленные объемы легкой воды.
Легкие изотопы из продуктов питания
Как выяснилось, природная вода и большинство пищевых продуктов, употребляемых человеком, содержат тяжелые изотопы химических элементов. Каждый человек, являясь сложной биохимической системой, фракционирует тяжелые изотопы в течение всей жизни. В результате, с момента зарождения жизни в человеческом организме происходит накопление тяжелых изотопов, которые постепенно «встраиваются» в клетки организма. Это приводит к постоянному снижению скорости биологических процессов. Одним из следствий этого является ухудшение выведения из организма шлаков, токсинов и тяжелых металлов. Это обязательно вызывает ухудшение самочувствия и здоровья, учащаются болезни, раньше наступает старость и сокращается жизнь. Кроме этого, тяжелые изотопы встраиваются в клетки ДНК и РНК, нарушают работу наследственного аппарата и оказывают негативное влияние на здоровье будущих поколений.
Во многих случаях легче устранить причину, чем следствие. Явление снижения скорости биологических процессов в организме с возрастом, вызываемое накапливанием тяжелых изотопов, относится к этим случаям. Можно выбирать и употреблять продукты питания с низким содержанием тяжелых изотопов и понизить их содержание в организме замещением на легкие изотопы. Так можно достаточно просто повысить скорость обмена веществ, нужно просто не есть продукты с высоким содержанием тяжелых изотопов. А для восстановления и повышения скорости обмена веществ, при высоком содержании в пище тяжелых изотопов, кроме пищи требуются стимулирующие вещества.
Рассмотрим в общих чертах проблему если не исключения и очистки, то хотя бы снижения тяжелых изотопов в натуральной пище и употребляемых человеком продуктов.
Значительная доля продуктов питания состоит из атомов водорода, углерода и кислорода с обобщенной формулой СmHkOn и включает в себя жиры и углеводы – крахмал, глюкозу, сахар, фруктозу, спирт и т.д. Влияние изотопов водорода и кислорода на здоровье ранее рассмотрено, но влияние и распространенность углерода в природе и присутствие углерода и его соединений в организме человека – такого же порядка, как и Н и О. Если использование в пище продуктов, образованных только легкими изотопами 1Н и 16О, вызывает улучшение обмена веществ, укрепление иммунитета и оздоровление, то логично следует вывод, что использование в пище продуктов, содержащих только легкие изотопы 12С, также будет способствовать повышению скорости обмена веществ и улучшению здоровья. Проверка этого предположения на бытовом уровне состояла в том, что дополнительно к употреблению только легкой воды 1 раз в день обязательно употреблялась кукурузная каша и консервированная сладкая кукуруза, пшенная каша, употреблялся только тростниковый сахар, использовалось только кукурузное масло, которые содержат 13С в меньшей концентрации. Употреблялись морепродукты, которые не содержат тяжелый углерод, а также мелкая речная рыба, рыбные полуфабрикаты и морская капуста – неограниченно. Уже после двух недель подобной диеты самочувствие улучшается! Происходит улучшение состояния, труднообъяснимое на фоне употребления легкой воды. Улучшается общее самочувствие, и это подсказывает, что идея верна и предположение оправдалось!
В то же время есть информация, что в экспериментах, которые провел биохимик Михаил Щепинов из Оксфордского университета, черви, получавшие пищу с тяжелым углеродом 13С, жили на 10% дольше своих собратьев. «Это удивительное открытие, – сказал Щепинов, – но мы ожидаем, что в будущем получим еще более убедительные результаты». Чарльз Кантор, профессор биомеханического инжиниринга в Бостонском университете, подтверждает: «Предварительные данные показывают, что этот подход позволяет увеличивать продолжительность жизни и не вызывает побочных эффектов. Если последующие эксперименты это докажут, то последствия этого открытия будут поистине огромными».
Тяжелые изотопы могут скармливаться животным, чтобы люди получали их непрямым путем, например, съедая бифштекс, курятину или свиные отбивные, поясняет доктор Щепинов. По его мнению, для благотворного влияния достаточно будет лишь время от времени получать с пищей тяжелые изотопы. Две группы ученых изучают его идеи, работая с червями, а доктор Щепинов ищет источники финансирования для продолжения исследований. Однако директор Института будущего человечества при Оксфордском университете Ник Бостром в своей статье, опубликованной в журнале Chemistry World, призывает к осторожности. Подчеркивая, что на людях эту концепцию опробуют, скорее всего, лишь в весьма отдаленном будущем, он сказал: «Я не жду, что это открытие позволит нам получить эликсир вечной жизни. А пока не рекомендую отказываться от овощей и фруктов».
Употребление человеком пищи с большим содержанием тяжелых изотопов вызовет не удлинение жизни, а увеличение заболеваний и в итоге сокращение жизни. Объяснение этому предположению простое: слишком велика разница организмов червей и человека, подобные опыты и сравнения не могут быть корректными. Обменные процессы червей значительно «короче и проще», и в них существенную роль играет кожа. Поэтому отравление организма червей тяжелыми изотопами ничтожно, а уменьшение скорости биологических процессов в клетках существенно, что и приводит к увеличению продолжительности жизни. С человеком же этот «номер» не получится. Замедление скорости обмена веществ обязательно вызовет комплексное самоотравление организма, ухудшение самочувствия и заболевания, которые приведут к сокращению продолжительности жизни. К такому же мнению склоняются и шотландские исследователи, правда, с другим объяснением механизма обнаруженного ими явления. В эксперименте на мышах им удалось обнаружить, что те животные, у которых вызывали повышение скорости обмена веществ, жили дольше мышей с замедленным обменом веществ. Ученые предположили, что причина кроется в работе митохондрий, основных источников энергии для живой клетки. Механизм работы митохондрий заключается в «сжигании» органических веществ из пищи в присутствии кислорода. Чем выше скорость этих реакций, тем меньше возникает свободных радикалов, повреждающих клеточные органеллы. Теперь ученые намерены изучить влияние скорости обмена веществ на человеческий организм. Но ясно, что идея, что чем медленнее происходит обмен веществ, тем дольше организм человека будет сохранять работоспособность, оказалась заблуждением.
Как выделять углеводы, жиры, спирт, образованные только легкими изотопами химических элементов? Это вопрос для профессиональных химиков и технологов. Но логично, что спирт, жиры и углеводы, образованные тяжелыми изотопами С, Н и О, надо бы признать техническими и использовать в технике, например в качестве топлива или сырья для производства полимеров. А углеводы – сырье и продукты, образованные легкими 1Н, 12С, и 16О – использовать в пищу и применять в пищевом производстве. К примеру; употребление в пищу только растений с механизмом фотосинтеза С4 (кукуруза, сахарный тростник, сорго, чумиза и просо) и морепродуктов приведет к снижению 13С в организме и улучшению здоровья. Усвоение атмосферного углекислого газа растениями проходит за счет фотокаталитических процессов, причем в роли катализаторов выступают чрезвычайно избирательно действующие энзимы, «предпочитающие» работать с теми изотопами, которых в природе больше, т.е. с 1Н, 12С и 16О. Для каждого из трех механизмов фракционирования углерода характерны свои концентрации углерода 13С в растениях.
Для механизма С3 концентрация 13С определяется значениями в интервале от 21 до 35, для механизма С4 – от 9 до 15, для САМ – от 11 до 28 ‰. Фракционирование изотопов углерода в процессах фотосинтеза объясняется небольшими различиями в физических и химических свойствах 12С и 13С. Большинство растений Земли и России осуществляют фотосинтез по С3-пути. Типичные представители этой группы – горох, фасоль, конские бобы, шпинат, салат, капуста, пшеница, овес, рожь, ячмень, свекла, подсолнечник, тыква, томаты и другие одно- и двудольные растения. С4-растения наиболее многочисленны в зонах с высокими температурами. Они более экономно используют воду по сравнению с С3-растениями. В настоящее время известно, что все растения с С4-фотосинтезом – цветковые из 19 семейств: двудольных 16 и 3 однодольных. Некоторые растения, произрастающие в жарком и сухом климате, используют комбинированный механизм, объединяющий С3 и С4, метаболизм кислот по типу растений семейства толстянковых, кактусов и ананасов. Он обозначается латинскими буквами САМ (начальные буквы Crassulacean Acid Metabolism – метаболизм крассулациановой кислоты). Возникновение С4- и САМ-путей фотоассимиляции СО2 связано с воздействием на высшие наземные растения засушливого климата. Эти растения хорошо адаптированы к высокой интенсивности света, повышенным температурам и засухе. Оптимальная температура для осуществления фотосинтеза у них выше, чем у С3-растений.
В соответствии с первичным механизмом фиксации СО2 при фотосинтезе все С4-растения подразделяются на три группы. Некоторые растения осуществляют фиксацию СО2 с помощью фермента НАДФ. Типичные представители этой группы – кукуруза, сахарный тростник, сорго, росичка кроваво-красная и другие злаки. Растения, у которых первичным продуктом фиксации углекислоты является аспартат, образуют вторую группу. Представителями этой группы являются различные виды амаранта, портулак огородный, просо обыкновенное, бизонья трава и др. Третья группа С4-растений осуществляет фиксацию СО2 при фотосинтезе с образованием фермента ФЕП (фосфоенолпируват). Типичные представители этой группы – некоторые виды проса, хлориса, бутелуа.
Явление фракционирования создает определенный изотопный состав, изотопную метку на всех продуктах питания. А поскольку человек есть то, что он ест, пьет и чем дышит, то и он в себе несет эту метку. Изотопный состав углерода у среднего американца (13С заключен в интервале от 19 ‰ до 13 ‰) заметно отличается от того, что имеется у среднего европейца (содержание 13С лежит между 28 ‰ и 21 ‰). Объяснить это не трудно. В диете европейца преобладают растения типа С3, растения этого же типа идут и на корм скоту. А в США значительно большую долю рациона и людей, и домашних животных составляет кукуруза и сахарный тростник, относящиеся к растениям с фотосинтезом С4. Экспериментально проверить это решил Тур Стерлинг из университета штата Юта. В 1996 году он отправился в геофизическую экспедицию в Монголию на четыре месяца. Каждое утро он собирал там остатки своих волос после бритья и упаковывал их в отдельные маркированные пакетики. Вернувшись в США, он продолжал это делать еще два месяца. А затем Крэг Кук, биолог из того же университета, провел изотопный анализ углерода волос. Оказалось, что во время пребывания в Монголии он изменился с 16 ‰ до 23 ‰, а через три недели после возвращения из экспедиции состав снова стал нормальным для американца. Интересно, что Стерлинг в середине своей командировки вернулся из монгольской «глубинки» в Улан-Батор и жил там в течение двух недель в посольстве США, питаясь американскими продуктами. Этот эпизод показал изменение изотопного состава углерода во времени, что однозначно свидетельствует о зависимости изотопного состава организма от диеты и о возможности его коррекции подбором напитков и продуктов питания. Поэтому возможно существенное снижение содержания 13С в организме, что имеет хорошую перспективу оздоровления. Это вполне выполнимая задача, учитывая широкий разброс значений содержания тяжелого изотопа углерода в разных продуктах питания и возможности их выбора и подбора в рационе питания людей.
Фракционирование изотопов возникает потому, что диффузия и реакционная способность более легких изотопов протекает немного быстрее. Возникает вывод, что из растений одного вида желательно употреблять в пищу быстро растущие растения, т.к. они «предпочитают» и фракционируют 12С и поэтому содержат 13С в меньших концентрациях. Естественно, необходимо употреблять те части растений, в которых накопились легкие изотопы углерода. Желательно употреблять растения с фотосинтезом по типу С4 и САМ. По аналогии, вывод переносится и на изотопы других элементов.
Подавляющее большинство быстро растущих растений являются теплолюбивыми и влаголюбивыми растениями. Больше фракционируют легкие изотопы растения с длинным стеблем или стволом. Растения с плодами с плотной кожурой – арбузы и дыни, тыква, кабачки, патиссоны и огурцы, а также другие подобные сохраняют воду и, соответственно, меньше концентрируют тяжелую воду. Желательно употреблять в пищу плоды высоких растений и растений с длинным стеблем, а при возможности – верхнюю часть и верхние плоды. Существуют пищевые растения, которые снижают поверхность испарения воды наслоением листьев, плоды этих растений также накапливают и содержат тяжелые изотопы Н и О в меньшей концентрации; самые распространенные примеры – кукуруза и капуста, поэтому они прекрасные овощи и в этом отношении. Кстати, у капусты есть не менее полезная и вкусная «родственница» – цветная капуста.
Известно, что подсолнечник накапливает калий, в золе подсолнечника самое высокое содержание калия среди всех пищевых растений России. Учитывая, что семена подсолнечника находятся на высоте до 2,5 м, ясно, что семечки больше содержат легкий калий и являются полезными для организма, так же как и подсолнечное масло.
Явление изотопного фракционирования в биосистемах приводит к тому, что с возрастанием длительности жизни увеличивается и количество тяжелых изотопов в организме. Это происходит до установления некоторого стабильного состояния соотношения изотопов. Это соотношение, в свою очередь, зависит от соотношения изотопов в пище, воде и воздухе. Низкое содержание в них и тем более отсутствие тяжелых изотопов будет способствовать снижению их содержания в организме.
Следовательно, при употреблении мясной и рыбной продукции выбирать необходимо молодые экземпляры, не достигшие зрелости, более крупные и одного возраста. Вполне вероятно, что различие вкуса мяса молодых и старых животных объясняется человеческой способностью на вкус отличать содержание тяжелых и легких изотопов. Кстати, мясо, жир и кости молодых и старых животных отличаются и по цвету. Интересно, отличаются ли по цвету и вкусу мясо молодых и старых животных, которых год – полтора кормили и поили легкоизотопной пищей и водой?
Кстати, мясо хищных животных и птиц, которые кормятся мясом других животных, особенно падалью, невкусно, даже просто отвратительно. Такое же явление наблюдается и у морских и водных обитателей. Например, щурята до двух летнего возраста вкусные, средние щуки имеют посредственный вкус, а крупные щуки без вкусовых приправ просто малосъедобные. Понятно, что в организмах хищников накапливается большое количество тяжелых изотопов, потому что они питаются другими организмами, которые имеют более высокую концентрацию тяжелых изотопов по сравнению с природным соотношением. Видимо, мясо хищников имеет очень высокую концентрацию тяжелых изотопов, и люди способны различать такое мясо на вкус!
При выборе между речной и морской рыбой необходимо учитывать факт высокого содержания тяжелого хлора в составе соли морской воды. Это приводит к тому, что морские продукты накапливают тяжелый хлор, которого в природе и так 25%. Поэтому надо отдавать предпочтение речной и озерной рыбе, которая не мигрирует и не питается в морях.
Полностью устранить явление биологического фракционирования в человеческом организме тяжело. Для этого вся окружающая среда должна состоять только из легких изотопов, что возможно только на космической станции и нереально в жизни обычного человека. Но исключение из питья и пищи тяжелых изотопов, наиболее распространенных в организме, оказывает существенное положительное влияние. При этом в течение первого года происходит выведение из организма тяжелых изотопов, мембраны клеток становятся более проницаемыми, организм легче и быстрее выводит шлаки, тяжелые металлы и токсины.
Это является важным фактором, укрепляющим здоровье, в связи с резким возрастанием концентрации тяжелых металлов, появлением новых канцерогенных веществ. В качестве примера приведем канцерогенный газ криптон. Этот тяжелый инертный газ не участвует в биохимических реакциях, но, поступая в организм при дыхании, накапливается в жировой ткани. При употреблении легкой воды и продуктов с минимальным количеством тяжелых изотопов химических элементов снижается количество жировой ткани, соответственно количество криптона в организме снижается, и он быстрее выводится из организма. В итоге легкая вода и пища снижает канцерогенное действие криптона. Есть пример, не связанный с одним химическим веществом; во время беременности происходит перестройка организма матери, вызванная изменениями видов веществ, объемов и направлений обмена веществ организма. Причем эти изменения не стабильны, связаны с ростом плода и его увеличивающимся потреблением и выделением и происходят в течение всего срока беременности.
Дополнительные нестабильные нагрузки на все органы матери приводят к снижению скорости обмена веществ и, как следствие, к некоторому отравлению организма и заметному ухудшению самочувствия, к примеру, тошноте. Поэтому постоянное употребление легкой воды и легкоизотопных продуктов во время беременности, вызывая повышение скорости обмена веществ, способствует не только облегчению состояния матери, но и, самое главное, приводит к снижению вероятности возникновения и развития дефектов плода, приводит к укреплению здоровья и ребенка и матери.
Постоянное употребление легкой воды и легкоизотопных продуктов будет способствовать тому, что интенсивность работы мозга начнет снижаться не с 20, а с 40–50 лет. При этом произойдет увеличение активного долголетия людей.
Особого внимания заслуживают два показателя: задержка метастазирования и потеря веса животных за время экспериментов. Ярко выраженное стимулирующее действие «легкой» воды на иммунную систему животных привело к задержке развития метастазов на 40 % по сравнению с контрольной группой, а потеря массы у животных, которые пили «легкую» воду, к концу опыта была в два раза меньше.
При воздействии на подопытных животных γ-облучением в дозе LD50 обнаружено, что выживаемость животных, употреблявших в течение 15 дней перед облучением «легкую» воду (30 ppm), в 2,5 раза выше, чем в контрольной группе (доза облучения 850 R), что указывает на радиопротекторные свойства «легкой» воды. При этом у выживших мышей опытной группы количество лейкоцитов и эритроцитов в крови осталось в пределах нормы, в то время как в контрольной группе оно значительно сократилось.
Было отмечено также четкое положительное влияние воды на показатели насыщения тканей печени кислородом: при этом увеличение величины рО2составляло 15 %, то есть дыхание клеток увеличивалось в 1,3 раза. О полезном действии реликтовой воды на здоровье мышей свидетельствовала их повышенная резистентность и увеличение веса по сравнению с контролем. Это значит, что употребление «легкой» воды для жителей больших городов в условиях повышенного фона радиации обосновано.
«Легкая» вода увеличивает скорость метаболических реакций, например, при старении, метаболическом синдроме, диабете и т.п. . Кроме этого, согласно данным предварительных исследований, в пробах «легкой» воды сперматозоиды несколько дольше сохраняли свою функциональную активность, которая повышается по мере снижения содержания дейтерия в воде. Если принять во внимание общеизвестный факт о том, что воспроизводство жизни связано с потенциалом жизнедеятельности половых клеток, то станет ясно значение реликтовой воды для будущих поколений. Данные факты способствуют разработке промышленных установок для извлечения тяжелых изотопов из воды.
«Легкая» вода увеличивает скорость метаболических реакций, например, при старении, метаболическом синдроме и т.п. Согласно данным предварительных исследований, в пробах «легкой» воды сперматозоиды несколько дольше сохраняли свою функциональную активность
Установки разделения тяжелых изотопов
В настоящее время существует несколько способов извлечения тяжелых изотопов из воды: изотопный обмен в присутствии палладия и платины, электролиз воды в сочетании с каталитическим изотопным обменом между водой и водородом, колоночная ректификация, вакуумное замораживание холодного пара с последующим оттаиванием и др. . В способе получения обедненной дейтерием питьевой воды за счет замораживания-оттаивания льда получение льда осуществляют замораживанием пара, образующегося из исходной воды при температуре, не превышающей +10 °C, а в процессе оттаивания льда на него дополнительно воздействуют ультрафиолетовым и инфракрасным излучениями и насыщают талую воду газом или смесью газов.
При смешивании «легкой» (Н2О) и тяжелой (D2O + T2O) воды происходит изотопный обмен: Н2О + D2O = 2 НDO; H2O + T2O = 2 НТО. Поэтому дейтерий и тритий в обычной воде находятся в форме HDO и НТО. При этом температура замерзания для D2O составляет +3,8 °С, а для Т2О +9 °С, HDO и НТО замерзают соответственно при +1,9 °С и при +4,5 °С. Установлено, что при температуре в пределах от 0 до +1,9 °С молекулы воды с дейтерием и тритием, в отличие от «легкой» (протиевой) воды, находятся в метастабильно-твердом неактивном состоянии.
Это свойство лежит в основе фракционного разделения «легкой» и тяжелой воды путем создания разряжения воздуха над поверхностью воды при этой температуре. «Легкая» вода интенсивно испаряется, а затем улавливается при помощи морозильного устройства, превращаясь в лед. «Тяжелая» же вода, находясь в неактивном твердом состоянии и обладая значительно меньшим парциальным давлением, остается в испарительной емкости исходной воды вместе с растворенными в воде солями и примесями.
На этом принципе работает сконструированная Г.Д. Бердышевым и И.Н. Варнавским совместно с Институтом экспериментальной патологии, онкологии и радиобиологии имени Р. Кавецкого РАН Украины промышленная установка ВИН-4 «Надiя» по производству «легкой» воды с пониженным на 30-35 % содержанием дейтерия и трития (рис. 2).
Установка состоит из корпуса 1, в котором установлена испарительная емкость 2 для исходной воды с устройствами нагрева 3 и охлаждения воды 4. Здесь же имеется вентиль 5 для подачи воды в испаритель и вентиль 6 для слива отработанного остатка, обогащенного тяжелыми изотопами водорода. В корпусе также расположено устройство 7 для конденсации и замораживания холодного пара в виде набора тонкостенных трубчатых элементов, которые соединены с насосом для прокачивания через них хладагента. Устройство 7 совместно с источниками ультрафиолетового 8 и инфракрасного 9 излучений размещено над емкостью 10 для сбора талой воды. Внутренняя полость корпуса 1 соединена патрубком 11 с вакуумным насосом - источником разряжения воздуха. Кроме того, корпус 1 снабжен устройством 12 для подачи в его внутреннюю полость установки очищенного воздуха или смеси газов. Дополнительно установка ВИН-4 оборудована системой терморегулирования в полости испарительной емкости 2 для контроля заданной температуры процесса испарения исходной обрабатываемой воды. В корпусе имеются иллюминаторы 13 и 14 для наблюдения за процессами испарения, замораживания холодного пара и таяния льда. Емкость сбора талой воды 10 снабжена вентилями 15 для слива талой воды и патрубком 16 для соединения с блоком формирования структуры и свойств талой воды 17. Блок 17 включает внутреннюю коническую емкость 18 с минералами. На выходе емкости 19 установлен адсорбционный фильтр 20 и сливной вентиль 21.
Установлено, что при температуре в пределах от 0 до +1,9 °С молекулы воды с дейтерием и тритием, в отличие от «легкой» воды, находятся в метастабильно-твердом неактивном состоянии
Установка работает следующим образом. Из водопровода испарительную емкость 2 наполняют водой и через устройство 4 прокачивают хладагент. При достижении заданной температуры, не превышающей +10 °С, процесс охлаждения воды прекращают. Затем герметизируют корпус 1 и через патрубок 11 начинают откачивать воздух, создавая разряжение во внутреннем объеме корпуса установки. Создание разряжения сопровождается сначала интенсивным выделением из всего объема исходной воды растворенных в ней газов и их удаление, а затем интенсивным парообразованием вплоть до кипения воды, за которым наблюдают через иллюминаторы 13 и 14. Образующийся холодный пар конденсируется и намерзает на поверхности трубчатых элементов морозильника 7. Когда толщина льда достигает заранее заданной величины, процесс испарения прекращают. Вакуумный насос выключают, включают источники ультрафиолетового 8 и инфракрасного 9 излучений, а через устройство 12 вводят в полость корпуса 1 очищенный воздух или смесь газов; затем доводят давление в корпусе 1 до уровня или выше атмосферного. Остаток воды емкости 2, обогащенный тяжелыми изотопами, через вентиль 6 сливают в отдельные емкости или сливают в накопитель. По мере облучения и таяния льда талая вода поступает в емкость 10, затем в блок 17 формирования структуры и свойств талой воды. Проходя через минералы внутренней 18 и наружной 19 конических емкостей и далее через фильтр 20, талая вода завершает свой путь, приобретая целебные биологически активные свойства.
Подобную установку по получению биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия путем электролиза сконструировали в 2000 году российские ученые Ю.Е. Синяк, В.Б. Гайдадымов и А.И. Григорьев из Института медико-биологических проблем (рис. 3). Установка содержит емкость 1 с конденсатом атмосферной влаги или дистиллятом, которая соединена с анодной камерой 2 электролизера с ионообменным электролитом. Электролизер содержит пористые электроды (анод 2 и катод 3) из титана, покрытые платиной, преобразователь электролизных газов в воду, конденсатор 10 и сборник «легкой» воды. Кроме того, устройство дополнительно снабжено осушителем кислорода 4, реактором изотопного D2/H2O обмена 5, внешние боковые стенки которых образованы из ионообменных мембран, и кондиционером для воды 11. Внешние стенки реактора 5 и осушителя 4 образованы из ионообменных мембран 6, 8; осушитель кислорода содержит ионообменный катионит, а кондиционер для воды 11, в свою очередь, образован из фильтра со смешанными слоями ионообменных материалов - адсорбента и минерализатора, содержащего гранулированные кальций-магний карбонатные материалы.
Конденсат атмосферной влаги или дистиллят поступает в анодную камеру электролизера с твердым электролитом, где осуществляется процесс электролиза при температуре 60-80 °C. Образующиеся в результате электролиза обедненные дейтерием газообразные водород и кислород с парами воды подают в осушитель кислорода 4, где происходит сушка за счет сорбции паров воды ионообменным наполнителем (катионитом) и прохождения через ионообменные мембраны 6. Затем высушенный электролизный водород подается в каталитический реактор изотопного обмена 5, где он подвергается изотопному D2/H2O обмену с парами воды и водородом на катализаторе, состоящим из активированного угля с добавками 4-10 % фторопласта и 2-4 °% палладия или платины. После изотопного D2/H2O обмена водород осушают от паров воды (D2O), которые сорбируются и удаляются через ионообменники реактора 8, размещенные на его внешних боковых стенках. Осушенные газы поступают в преобразователь электролизных газов и в каталитическую горелку 9. Пламя факела направляют в конденсатор 10, охлаждаемый в протоке водопроводной водой, где пары воды конденсируются и поступают в кондиционер 11 для доочистки на сорбционном фильтре. Затем вода поступает в сборник воды, обедненной дейтерием 12. Охлаждение устройства и работа ионообменных мембран по осушке электролизных газов от паров воды осуществляется вентилятором 7. Окончательную доочистку воды и последующую ее минерализацию проводят кальций-магнийсодержащими карбонатными минералами и доломитом. Производительность установки по «легкой» воде составляет 50 мл воды в час.
При вакуумном замораживании-оттаивании получают микроминерализованную питьевую воду со сниженным содержанием дейтерия на 10-35 % и с упорядоченной льдоподобной структурой, характерной талой воде
При электролизном процессе у воды с пониженным на 60 % и выше содержанием дейтерия сохраняются негативные свойства дистиллированной воды (отсутствие минерализации, повышенное содержание растворенных газов, неупорядоченная молекулярная структура воды). Она является исходным материалом для получения питьевой воды космонавтов. Преимуществом электролизного процесса является максимально возможное удаление дейтерия (до 90 °%).
При вакуумном замораживании-оттаивании получают микроминерализованную питьевую воду со сниженным содержанием дейтерия на 10-35 % и с упорядоченной льдоподобной структурой, характерной талой воде. Поэтому предпочтение отдается этому способу получения «легкой» воды.
Разработанные в последние годы комбинированные методы изотопного обмена и ректификации позволяют получать «легкую» воду высокой изотопной чистоты. Первая в мире ректификационная установка по изотопной очистке воды была спроектирована в 1975 году швейцарской фирмой Sulzer и пущена в эксплуатацию на реакторе HFR ILL. В 1987 году аналогичная, но гораздо более мощная установка была создана в Канаде для канадских АЭС.
В конце 1990-х годах в Петербургском институте ядерной физики имени Б.П. Константинова была создана первая отечественная ректификационная колонна по изотопному разделению воды. Высота колонны - 10 м, диаметр - 80 мм. В основу этой установки заложен комбинированный метод изотопного обмена в системе «пары воды-водород» и низкотемпературной ректификации изотопов водорода.
В ходе реакции каталитического изотопного обмена (КОИ) между парами воды и дейтерием при температуре 200 °С происходит извлечение протия и трития из «тяжелой» воды и их последующий перевод в газообразную фазу:
DOT + D2 = DT + D2O,
HDO + D2 = DH + D2O.
Степень извлечения трития из «тяжелой» воды определяется константой равновесия и при трехступенчатой очистке составляет не более 30 °%. Очищенная от протия и трития «тяжелая» вода возвращается в реактор. Смесь изотопов водорода D2, DT, HD после очистки от примесей и охлаждения до температуры 25 K подается в низкотемпературную колонну. За счет процессов массообмена между газообразной и жидкой фазой изотопов водорода происходит концентрирование трития в нижней, а протия - в верхней части колонны. Обедненный по протию и тритию поток дейтерия в виде D2O возвращается в блок КИО. Из верхней части низкотемпературной колонны происходит отбор концентрата протия в виде «легкой» воды, а из нижней - концентрат трития в виде тритиевой воды.
Ректификация воды относится к массообменным процессам и осуществляется в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами - насадками или тарелками. В этом процессе происходит непрерывный обмен между движущимся относительно друг друга молекулами жидкой и паровой водяной фазы. При этом жидкая фаза обогащается более высококипящим компонентом, а паровая фаза - более низкокипящим дейтерием и другими тяжелыми изотопами - тритием (Т) и кислородом (18О).
В большинстве случаев ректификацию осуществляют в противоточных колонных аппаратах с различными контактными элементами
В большинстве случаев ректификацию осуществляют в противоточных колонных аппаратах с различными контактными элементами (рис. 4). Процесс массообмена происходит по всей высоте колонны между стекающей вниз флегмой и поднимающимся вверх паром. Чтобы интенсифицировать процесс массообмена, применяют насадки и тарелки, что позволяет увеличить поверхность массообмена. В случае применения насадки жидкость стекает тонкой пленкой по ее поверхности, в случае применения тарелок пар проходит через слой жидкости на поверхности тарелок.
Расчет ректификационной колонны производится по диаграмме кипения воды для заданных параметров ректификации - состава исходной воды, кубового остатка, дистиллята, производительности и рабочем давлении в колонне. Затем подбирается тип и количество тарелок, определяется скорость движения пара, диаметр колонны, коэффициенты массопередачи, высота колонны, гидравлическое сопротивление тарелок. После этого проводится расчет эксплуатационных свойств, а также экономические показатели использования ректификационной колонны. На практике для более глубокой очистки воды от тяжелых изотопов используется не одна ректификационная колонна, а батарея из десяти и более отдельных колонн (до 20).
Данный метод изотопного разделения воды имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с существующими способами и позволяет производить очистку природной воды от дейтерия до величин порядка 20-30 ppm. Кроме того, производительность изотопной очистки воды этим методом выше других способов, что существенно снижает ее стоимость. Предполагается, что при широкомасштабном производстве «легкой» воды в будущем она станет доступной каждому человеку.
В последнее время на отечественном рынке появилась «легкая» питьевая вода «Лангвей», которая производится методом колоночной ректификации с различным остаточным содержанием дейтерия (от 125 до 50 ppm) (табл. 3).
На основании клинических испытаний, проведенных в Российском научном центре восстановительной медицины и курортологии и в Институте красоты, «легкая» питьевая вода «Лангвей» рекомендована для нормализации углеводного и липидного обмена, артериального давления, коррекции веса, улучшения работы желудочно-кишечного тракта, увеличения скорости водообмена и выведения шлаков и токсинов из организма .
Основное воздействие «легкой» воды на организм объясняется постепенным снижением содержания дейтерия в физиологических жидкостях тела за счет реакций изотопного H-D-обмена. Анализ полученных результатов может свидетельствовать о том, что очистка воды организма от «тяжелой» воды с помощью «легкой» питьевой воды позволяет улучшить работу некоторых жизненно-важных систем организма. При регулярном потреблении «легкой» воды происходит более полная очистка всего организма от «тяжелой» воды за счет реакций изотопного H-D-обмена в физиологических жидкостях, а также зафиксировано изменение изотопного состава мочи и содержание в ней кальция. Ежедневное употребление «легкой» питьевой воды позволяет естественным образом снизить содержание «тяжелой» воды в организме человека за счет реакций изотопного H-D-обмена. Этот процесс сопровождается увеличением функциональной активности клеток, органов и некоторых систем организма. При этом происходит нормализация обменных процессов, увеличиваются защитные силы и устойчивость организма к внешним неблагоприятным воздействиям.
Регулярное употребление «легкой» питьевой воды позволяет естественным образом снизить содержание «тяжелой» воды в организме человека до величины 111 ppm. Это оказывает благоприятное воздействие на обмен веществ, улучшает самочувствие, повышает работоспособность, а также способствует быстрому восстановлению организма после больших физических нагрузок.
Положительные свойства «легкой» питьевой воды подтверждены исследованиями и клиническими испытаниями. Показано, что «легкая» вода нормализует обмен веществ и артериальное давление, снижает содержание сахара в крови у больных сахарным диабетом II-го типа, очищает организм от токсинов и шлаков, способствует быстрому заживлению и восстановлению костных и мышечных тканей после травм, обладает противовоспалительным действием, усиливает действие лекарственных препаратов, способствует коррекции веса, защищает клетки от радиации, устраняет признаки посталкогольной абстиненции. «Легкая» вода также рекомендуется для быстрой и глубокой очистки организма, что необходимо при нарушениях обменных процессов, перед операцией и в послеоперационный период, а также при лечении опухолевых заболеваний.
«Легкая» вода нормализует обмен веществ и артериальное давление, снижает содержание сахара, очищает организм от токсинов и шлаков, способствует быстрому заживлению и восстановлению костных и мышечных тканей после травм, обладает противовоспалительным действием
Клинические испытания «легкой» воды с остаточным содержанием дейтерия 60-100 ppm, проведенные РНЦ восстановительной медицины и курортологии Министерства здравоохранения РФ, показали, что она может быть рекомендована как вспомогательное средство в комплексном лечении больных метаболическим синдромом (артериальная гипертония, ожирение, нарушение углеводного обмена, дислипидемия) и сахарным диабетом.
Кроме того, было обнаружено, что «легкая» вода улучшает качество жизни при почечно-каменной болезни и различных нарушениях в работе желудочно-кишечного тракта (колиты и гастриты). Учитывая динамику распределение воды в организме, реакции изотопного (H/D и 16O/18O) обмена и результаты, полученные на «легкой» воде, можно ожидать, что наибольший эффект изотопная очистка воды будет оказывать на регуляторные системы организма и обмен веществ.
Эффективность воздействия «легкой» воды зависит от многих параметров - массы тела, количества воды в организме, количества ежедневно потребляемой «легкой» воды и степени ее изотопной чистоты. В табл. 4 приведены результаты расчетов изменения содержания дейтерия в организме при регулярном потреблении «легкой» воды с различным остаточным содержанием дейтерия.
Расчет проведен, исходя из следующих данных: суточное потребление «легкой» воды - 1,0 или 1,5 л; суточный водообмен - 2,5 л; содержание дейтерия в организме соответствует его содержанию в природной воде - примерно 150 ppm; объем воды в организме - 45 л (масса тела приблизительно 75 кг).
Исследованные положительные свойства «легкой» воды позволяют говорить о дальнейших перспективах использования «легкой» воды в медицине, быту и пищевой промышленности. В будущем запланированы эксперименты, в которых «легкую воду» будут потреблять космонавты, поскольку для космических полетов особенно важны противорадиационные свойства «легкой» воды.
Заключение
Легкая вода - это сложная по своей структуре и составу изотопная разновидность природной воды, оказывающая полифизиологическое действие на организм человека - противоопухолевое, радиопротекторное и общее оздоравливающее. Основное воздействие, оказываемое «легкой» водой на организм - это постепенное снижение содержания дейтерия за счет реакций изотопного H-D-обмена в физиологических жидкостях. Анализ полученных результатов позволяет говорить о том, что очистка организма от «тяжелой» воды с помощью «легкой» воды позволяет существенно улучшить работу важнейших жизненных систем организма.
Учитывая роль воды в организме, рассчитанные изотопные эффекты «тяжелой» воды и результаты, полученные на «легкой» воде, можно ожидать, что наибольший эффект может сказаться на регуляторных системах, метаболизме и энергетическом аппарате живой клетки, то есть именно тех клеточных системах, которые используют высокую подвижность протонов (D) и высокую скорость разрыва водородных H+ и D- связей. Кроме этого, «легкая» вода обладает меньшей вязкостью, чем «тяжелая» вода, что позволяет ей легче проникать через клеточные мембраны и тем самым регулировать скорость водообмена в организме. Растворимость неорганических солей в легкой воде несколько выше, чем в тяжелой воде, что дает ей возможность более эффективно выводить продукты метаболизма и вредные солевые примеси из организма. Скорость ферментативных (каталитических) реакций в легкой воде несколько выше, чем в обычной воде. Это позволяет интенсифицировать обменные процессы, что помогает организму быстрее восстанавливаться после больших нагрузок. Таким образом, «легкая» вода позволяет естественным образом, без применения каких-либо фармацевтических средств, существенно повысить обменные процессы организма.
n . Комбинации различных атомов-изотопов дают набор молекул-изотопологов.Изотопологи - молекулы, различающиеся только по изотопному составу атомов, из которых они состоят. Изотополог имеет в своём составе, по крайней мере, один атом определенного химического элемента, отличающийся по количеству нейтронов от остальных.
Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.
Водород имеет два стабильных изотопа - протий (Н) - 1 H и дейтерий (D) - 2 H.
У кислорода три устойчивых изотопа: 16 O, 17 O и 18 O (табл.1).
Таблица 1. Изотопы воды
Комбинации 5 стабильных изотопов водорода и кислорода дают набор 9 молекул-изотопологов воды (табл.2).
Таблица 2. Изотопологи воды
Молекула 1 H 2 16 O является самой лёгкой из совокупности всех изотопологов воды. Именно воду 1 H 2 16 O следует считать классической или лёгкой водой.
Лёгкая вода как моноизотопная композиция 1 H 2 16 O является предельным случаем изотопной чистоты. В естественных условиях такой чистой лёгкой воды не существует. Для получения изотополога 1 H 2 16 O ведут тонкую многостадийную очистку природных вод или синтезируют из исходных элементов 1 H 2 и 16 O 2 . Природная вода представляет собой многокомпонентную смесь изотопологов. Содержание самого лёгкого изотополога в ней значительно превосходит концентрацию всех остальных вместе взятых. В природных водах в 1000000 молекул в среднем содержится 997284 молекул 1 H 2 16 O, 311 молекул 1 HD 16 O, 390 молекул 1 H 2 17 O, и около 2005 молекул 1 H 2 18 O. Концентрация молекул воды, содержащих тяжёлые изотопы D, 17 O, 18 O, в природной воде колеблется в пределах, зафиксированных в основных стандартах изотопного состава гидросферы SMOW и SLAP (табл.3). Весовые количества изотопологов в природной воде рассчитаны на основании данных прямого определения их содержания методом молекулярной спектроскопии.
Таблица 3. Рассчитанные весовые количества изотопологов в природной воде, соответствующие международным стандартам SMOW (средняя молекулярная масса = 18,01528873) и SLAP (средняя молекулярная масса = 18,01491202), .
| Изотополог воды | Молекулярная масса | Содержание, г/кг | |
|---|---|---|---|
| SMOW | SLAP | ||
| 1 H 2 16 O | 18,01056470 | 997,032536356 | 997,317982662 |
| 1 HD 16 O | 19,01684144 | 0,328000097 | 0,187668379 |
| D 2 16 O | 20,02311819 | 0,000026900 | 0,000008804 |
| 1 H 2 17 O | 19,01478127 | 0,411509070 | 0,388988825 |
| 1 HD 17 O | 20,02105801 | 0,000134998 | 0,000072993 |
| D 2 17 O | 21,02733476 | 0,000000011 | 0,000000003 |
| 1 H 2 18 O | 20,01481037 | 2,227063738 | 2,104884332 |
| 1 HD 18 O | 21,02108711 | 0,000728769 | 0,000393984 |
| D 2 18 O | 22,02736386 | 0,000000059 | 0,000000018 |
Как видно из таблицы 3, в природной воде весовая концентрация тяжёлых изотопологов может достигать 2,97 г/кг, что является значимой величиной, сопоставимой, например, с содержанием минеральных солей.
Природная вода, близкая по содержанию изотополога 1 H 2 16 O к стандарту SLAP, а также специально очищенная с существенно увеличенной долей этого изотополога по сравнению со стандартом SLAP, определяется как особо чистая лёгкая вода (менее строгое определение, которое применимо в реальной жизни).
В лёгкой воде доля самого лёгкого изотополога составляет (мол.%): 99.76 < 1 H 2 16 O ≤ 100.
Если из воды, отвечающей стандарту SMOW, удалить все тяжёлые молекулы, массовое содержание которых составляет 2,97 г/кг и заменить их на 1 H 2 16 O, то масса 1 л такой лёгкой и изотопно чистой воды уменьшится на 250 мг. Таким образом, параметры лёгкой воды, в первую очередь, её «лёгкость» и изотопный состав поддаются измерению с помощью таких методов, как масс-спектрометрия , гравиметрия , лазерная абсорбционная спектроскопия , ЯМР .
Международные стандарты на природные воды различного изотопного состава
- Стандарт VSMOW (Vienna Standard Mean Ocean Water) определяет изотопный состав глубинной воды Мирового океана.
- Стандарт SLAP (Standard Light Antarctic Precipitation) определяет изотопный состав природной воды из Антарктики.
По международному стандарту VSMOW абсолютное содержание дейтерия и кислорода-18 в океанической воде составляет: D VSMOW / 1 H VSMOW=(155,76±0,05)·10 −6 , или 155,76 ppm 18 O VSMOW/ 16 O VSMOW =(2005,20±0,45)·10 −6 , или 2005 ppm. Для стандарта SLAP концентрации в воде составляют : дейтерия D/H=89·10 −6 или 89 ppm, кислорода-18 18 O/ 16 O=1894·10 −6 или 1894 ppm.
Стандарт SLAP характеризует самую лёгкую природную воду на Земле. Вода в различных точках земного шара неодинакова по своей лёгкости.
Свойства и эффекты лёгкой воды
Изотопологи отличаются друг от друга по физическим, химическим и биологическим свойствам (табл.4).
Таблица 4. Изменение физических свойств воды при изотопном замещении
Равновесное давление паров у изотопологов воды различается, и весьма существенно. Чем меньше масса молекулы воды, тем выше давление пара, а это означает, что пар, равновесный с водой, всегда обогащён лёгкими изотопами кислорода и водорода. Относительно малой массы элементов разница масс изотопов велика, поэтому они способны сильно фракционировать в природных процессах: D/H → 100 %, 18 O/ 16 O →12,5 %. Изотопы водорода и кислорода наиболее эффективно фракционируют в процессах испарения-конденсации и кристаллизации воды.
Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о различии физико-химических свойств легкой воды и деионизированной воды природного изотопного состава .
Тяжёлые изотопологи в природной воде являются примесями по отношению к 1 H 2 16 O, которые по некоторым исследованиям можно рассматривать как дефекты структуры .
Устранение гетерогенности воды по изотопному составу приводит к увеличению её гомогенности. Лёгкая вода является более однородной жидкостью. Тяжелоизотопные молекулы, содержащиеся в воде в природных концентрациях, практически не оказывают заметного влияния на неживые системы. В наибольшей степени эффекты лёгкой воды проявляются на биологических объектах, для которых характерны каскадные реакции.
Реакция биосистем при воздействии на них воды может изменяться в зависимости от количественных и качественных изменений её изотопного состава. В ходе эволюции живых организмов произошёл отбор биохимических процессов с настройкой их только на один изотоп, как правило, лёгкий . В организме человека происходит «фракционирование изотопов, сопровождающееся удалением тяжёлых стабильных изотопов водорода и кислорода воды» . Применение воды с повышенной концентрацией тяжёлых изотопов, в частности, дейтерия, вызывает выраженные токсические эффекты на уровне организма . В то же время на разных объектах зарегистрирована положительная биологическая активность вод с пониженным, относительно природного, содержанием тяжелых изотопологов, в частности дейтерия и кислорода 18 . Проводимые в ГНЦ РФ «Институт медико-биологических проблем» РАН систематические исследования по созданию среды обитания космонавтов с оптимальным изотопным составом биогенных химических элементов показали, что вода с пониженным по сравнению с природным содержанием тяжелоизотопных молекул является необходимым компонентом системы жизнеобеспечения космонавтов во время длительных полётов
Биологические свойства
В качестве универсальной среды, в которой идут все биологические реакции, лёгкая вода увеличивает скорость этих реакций по сравнению с водой природного изотопного состава. Этот эффект известен под названием кинетический изотопный эффект растворителя .
Транспортные свойства легкой воды доказаны при изучении влияния тяжелых изотопологов в составе природной воды на динамику выведения красителя метиленового синего из обонятельной системы шпорцевых лягушек .
Наиболее сильное влияние очистка воды от тяжёлых изотопологов оказывает на энергетический аппарат живой клетки. Дыхательную цепь митохондрий отличают каскадные реакции. Тяжёлые изотопологи замедляют скорость реакций дыхательной цепи. На примере реакции генерации перекиси водорода митохондриями с янтарной кислотой в качестве субстрата экспериментально доказан общий ингибирующий эффект тяжёлых изотопологов воды. Снижение их содержания в воде до уровня ниже природных концентраций деингибирует и достоверно ускоряет исследованную реакцию .
Лёгкая вода проявляет противоопухолевую активность, что показано в работах учёных, проводимых в исследовательских центрах разных стран . По данным Г.Шомлаи, результаты клинических испытаний, проведённых в 1994-2001 гг. в Венгрии, показали, что уровень выживаемости больных, употреблявших лёгкую воду в сочетании с традиционными методами лечения или после них выше, чем у больных, использовавших только химио- или лучевую терапию .
Токсикопротекторные свойства легкой воды подтверждены экспериментальными исследованиями , из которых следует, что легкая вода, очищенная от тяжелых изотопологов, за счет своих транспортных свойств эффективно выводит токсины и продукты метаболизма из организма.
См. также
Примечания
- Кульский Л. А., Даль В. В., Ленчина Л. Вода знакомая и загадочная.- Киев: «Радянська школа», 1982.- 120 с.
- Петрянов-Соколов И. В. Самое необычное вещество в мире.// Химия и жизнь. 2007. № 1. с.26.
- Rothman et al., J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 1998, 60, 665. Rothman et al., J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 2003, 82, p.9.
- Патент RU 2295493. «Способ и установка для производства лёгкой воды». Соловьев С. П.
- Lis G., Wassenaar L. I., Hendry M. J. High-Precision Laser Spectroscopy D/H and 18 O/ 16 O Measurements of Microliter Natural Water Samples.// Anal. Chem. 2008. V. 80 (1). P. 287-293
- Ферронский В. И., Поляков В. А. Изотопия гидросферы. М.: Наука, 1983 г.
- Craig, H. Standard for Reporting Concentrations of Deuterium and Oxygen-18 in Natural Waters. // Science. 1961. V. 133. PP. 1833−1834.
- Hagemann R., Niff G., Roth E. Absolute isotopic scale for deuterium analysis of natural waters. Absolute D/H ratio for SMOW. // Tellus. 1970. V.22. N6. PP.712-715.
- De Wit J.C., van der Straaten C.M.; Mook W.G. Determination of the Absolute Hydrogen Isotopic Ratio of VSMOW and SLAP. // Geostandards Newsletter. 1980. V. 4. N. 1. PP. 33−36.
- V.V. Goncharuk, V.B. Lapshin, T.N. Burdeinaya, T.V. Pleteneva, A.S. Chernopyatko et al. Physicochemical Properties and Biological Activity of the Water Depleted of Heavy Isotopes // 2011, published in Khimiya i Tekhnologiya Vody, 2011, Vol. 33, No. 1, pp. 15–25. Journal of Water Chemistry and Technology, 2011, Vol. 33, No. 1, pp. 8–13.
- Смирнов А. Н., Лапшин В. Б., Балышев А. В., Лебедев И. М., Гончарук В. В., Сыроешкин А. В. Структура воды: гигантские гетерофазные кластеры воды. // Химия и технология воды. - 2005.- № 2. - C. 11-37; Смирнов А. Н., Сыроешкин А. В. Супранадмолекулярные комплексы воды. // Рос. хим. ж. - 2004.- Т.48 - № 2. - C. 125-135
- Синяк Ю. Е.., Григорьев А. И. Оптимальный изотопный состав биогенных химических элементов на борту пилотируемых космических аппаратов. // Авиакосмическая и экологическая медицина. 1996. Т. 30, № 4, С. 26.
- Синяк Ю. Е., Скуратов В. М., Гайдадымов В. Б., Иванова С. М., Покровский Б. Г. Григорьев А. И. Исследование фракционирования стабильных изотопов водорода и кислорода на международной космической станции. // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2005. Т. 39, № 6, С. 43.
- Денько Е. И. Действие тяжёлой воды (D2O) на клетки животных, растений и микроорганизмы. // Усп. совр. биол.. 1970. Т. 70, № 4, С. 41.
- Лобышев В. И. Механизмы термодинамических и кинетических изотопных эффектов D2O в биологических системах Автореф. докт. диссертации. Москва, - 1987 (биофак МГУ)
- GLEASON J.D., FRIEDMAN I. Oats may grow better in water depleted in oxygen 18 and deuterium. NATURE 256, 305 (24 July 1975)
- Bild W, Năstasă V, Haulică I. In vivo and in vitro research on the biological effects of deuterium-depleted water: 1. Influence of deuterium-depleted water on cultured cell growth. // Rom J. Physiol. 2004. V.41. N 1-2. P:53-67.
- Sinyak Y., Grigoriev A., Gaydadimov V., Gurieva T., Levinskih M., Pokrovskii B. Deuterium-free water (1H2O) in complex life-support systems of long-tern space missions. // Acta Astronautica. 2003. V. 52, P. 575.
- Райхардт К. «Растворители и эффекты среды в органической химии». -М.: «Мир», 1991. - 763 с.
- Т.Н. Бурдейная, В.А. Поплинская, А.С. Чернопятко, Э.Н. Григорян. Влияние легкой воды на динамику выведения красителя из обонятельной системы личинок Xenopus laevis // Вода: химия и экология 2011.-№9 - C. 86-91
- Pomytkin I.A., Kolesova O.E. //Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2006. V.142. N 5.
- Gyöngyi Z, Somlyai G. Deuterium depletion can decrease the expression of C-myc Ha-ras and p53 gene in carcinogen-treated mice. // In Vivo. 2000. V.14. N.3. P. 437.
Изотопологи - молекулы, различающиеся только по изотопному составу атомов, из которых они состоят. Изотополог имеет в своём составе, по крайней мере, один атом определенного химического элемента, отличающийся по количеству нейтронов от остальных.
Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.
Впервые существование изотопов водорода подтверждено в публикации 1932 г. американским физико-химиком Г. Юри .
Водород имеет два стабильных изотопа - протий (Н) - 1 H и дейтерий (D) - 2 H.
У кислорода три устойчивых изотопа: 16 O, 17 O и 18 O (табл.1).
Комбинации 5 стабильных изотопов водорода и кислорода дают набор 9 молекул-изотопологов воды (табл.2).
Молекула 1 H 2 16 O является самой лёгкой из совокупности всех изотопологов воды. Именно воду 1 H 2 16 O следует считать классической или лёгкой водой.
Лёгкая вода как моноизотопная композиция 1 H 2 16 O является предельным случаем изотопной чистоты. В естественных условиях такой чистой лёгкой воды не существует. Для получения изотополога 1 H 2 16 O ведут тонкую многостадийную очистку природных вод или синтезируют из исходных элементов 1 H 2 и 16 O 2 .
Природная вода представляет собой многокомпонентную смесь изотопологов. Содержание самого лёгкого изотополога в ней значительно превосходит концентрацию всех остальных вместе взятых. В природных водах в 1000000 молекул в среднем содержится 997284 молекул 1 H 2 16 O, 311 молекул 1 HD 16 O, 390 молекул 1 H 2 17 O, и около 2005 молекул 1 H 2 18 O.
Концентрация молекул воды, содержащих тяжёлые изотопы D, 17 O, 18 O, в природной воде колеблется в пределах, зафиксированных в основных стандартах изотопного состава гидросферы SMOW и SLAP (табл.3). Весовые количества изотопологов в природной воде рассчитаны на основании данных прямого определения их содержания методом молекулярной спектроскопии.
| Изотополог воды | Молекулярная масса | Содержание, г/кг | |
|---|---|---|---|
| SMOW | SLAP | ||
| 1 H 2 16 O | 18,01056470 | 997,032536356 | 997,317982662 |
| 1 HD 16 O | 19,01684144 | 0,328000097 | 0,187668379 |
| D 2 16 O | 20,02311819 | 0,000026900 | 0,000008804 |
| 1 H 2 17 O | 19,01478127 | 0,411509070 | 0,388988825 |
| 1 HD 17 O | 20,02105801 | 0,000134998 | 0,000072993 |
| D 2 17 O | 21,02733476 | 0,000000011 | 0,000000003 |
| 1 H 2 18 O | 20,01481037 | 2,227063738 | 2,104884332 |
| 1 HD 18 O | 21,02108711 | 0,000728769 | 0,000393984 |
| D 2 18 O | 22,02736386 | 0,000000059 | 0,000000018 |
Как видно из таблицы 3, в природной воде весовая концентрация тяжёлых изотопологов может достигать 2,97 г/кг, что является значимой величиной, сопоставимой, например, с содержанием минеральных солей.
Природная вода, близкая по содержанию изотополога 1 H 2 16 O к стандарту SLAP, а также специально очищенная с существенно увеличенной долей этого изотополога по сравнению со стандартом SLAP, определяется как особо чистая лёгкая вода (менее строгое определение, которое применимо в реальной жизни).
В лёгкой воде доля самого лёгкого изотополога составляет (мол.%):
99.76 < 1 H 2 16 O ≤ 100.
Если из воды, отвечающей стандарту SMOW, удалить все тяжёлые молекулы, массовое содержание которых составляет 2,97 г/кг и заменить их на 1 H 2 16 O, то масса 1 л такой лёгкой и изотопно чистой воды уменьшится на 250 мг. Таким образом, параметры лёгкой воды, в первую очередь, её «лёгкость» и изотопный состав поддаются измерению с помощью таких методов, как масс-спектрометрия , гравиметрия , лазерная абсорбционная спектроскопия , ЯМР .
Международные стандарты на природные воды различного изотопного состава
- Стандарт VSMOW (Vienna Standard Mean Ocean Water) определяет изотопный состав глубинной воды Мирового океана.
- Стандарт SLAP (Standard Light Antarctic Precipitation) определяет изотопный состав природной воды из Антарктики.
По международному стандарту VSMOW абсолютное содержание дейтерия и кислорода-18 в океанической воде составляет: D VSMOW / 1 H VSMOW=(155,76±0,05)⋅10 −6 , или 155,76 ppm 18 O VSMOW/ 16 O VSMOW =(2005,20±0,45)⋅10 −6 , или 2005 ppm. Для стандарта SLAP концентрации в воде составляют : дейтерия D/H=89⋅10 −6 или 89 ppm, кислорода-18 18 O/ 16 O=1894⋅10 −6 или 1894 ppm.
Стандарт SLAP характеризует самую лёгкую природную воду на Земле. Вода в различных точках земного шара неодинакова по своей лёгкости.
Физические свойства изотопологов воды
Изотопологи отличаются друг от друга по физическим, химическим и биологическим свойствам (табл.4).
Равновесное давление паров у изотопологов воды различается, и весьма существенно. Чем меньше масса молекулы воды, тем выше давление пара, а это означает, что пар, равновесный с водой, всегда обогащён лёгкими изотопами кислорода и водорода. Относительно малой массы элементов разница масс изотопов велика, поэтому они способны сильно фракционировать в природных процессах: D/H → 100 %, 18 O/ 16 O →12,5 %. Изотопы водорода и кислорода наиболее эффективно фракционируют в процессах испарения-конденсации и кристаллизации воды.
Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о различии физико-химических свойств легкой воды и деионизированной воды природного изотопного состава .
Тяжёлые изотопологи в природной воде являются примесями по отношению к 1 H 2 16 O, которые по некоторым исследованиям можно рассматривать как дефекты структуры .
Устранение гетерогенности воды по изотопному составу приводит к увеличению её гомогенности. Лёгкая вода является более однородной жидкостью. Тяжелоизотопные молекулы, содержащиеся в воде в природных концентрациях, практически не оказывают заметного влияния на неживые системы. В наибольшей степени эффекты лёгкой воды проявляются на биологических объектах, для которых характерны каскадные реакции.
Биологические свойства тяжелой и лёгкой воды
Впервые ингибирующие (тормозящие) рост семян свойства тяжёлой воды были открыты в 1934 году Гилбертом Льюисом.
Культивирование клеток на тяжелой воде резко ускоряет процесс старения и приводит к гибели культуры.
В экспериментах на млекопитающих (мышах), которых поили утяжелённой водой (3% тяжелой воды) было показано, что негативные эффекты нарастают от поколения к поколению, в том числе снижалась активность самцов и способность к лактации у самок, снижался вес новорождённых и ухудшалось состояние шерсти. Третье поколение животных, пивших утяжелённую воду, получить не удалось.
Напротив, поение животных водой с пониженным содержанием дейтерия вызывало повышенную половую активность у самцов уже в первом поколении. У самок наблюдалось многоплодие при большем приросте веса потомства.
Реакция биосистем при воздействии на них воды может изменяться в зависимости от количественных и качественных изменений её изотопного состава. В ходе эволюции живых организмов произошёл отбор биохимических процессов с настройкой их только на один изотоп, как правило, лёгкий . В организме человека происходит «фракционирование изотопов, сопровождающееся удалением тяжёлых стабильных изотопов водорода и кислорода воды» . Применение воды с повышенной концентрацией тяжёлых изотопов, в частности, дейтерия, вызывает выраженные токсические эффекты на уровне организма . В то же время на разных объектах зарегистрирована положительная биологическая активность вод с пониженным, относительно природного, содержанием тяжелых изотопологов, в частности дейтерия и кислорода 18 . Проводимые в ГНЦ РФ «Институт медико-биологических проблем» РАН систематические исследования по созданию среды обитания космонавтов с оптимальным изотопным составом биогенных химических элементов показали, что вода с пониженным по сравнению с природным содержанием тяжелоизотопных молекул является необходимым компонентом системы жизнеобеспечения космонавтов во время длительных полётов
В качестве универсальной среды, в которой идут все биологические реакции, лёгкая вода увеличивает скорость этих реакций по сравнению с водой природного изотопного состава. Этот эффект известен под названием кинетический изотопный эффект растворителя .
Транспортные свойства легкой воды доказаны при изучении влияния тяжелых изотопологов в составе природной воды на динамику выведения красителя метиленового синего из обонятельной системы шпорцевых лягушек .
Наиболее сильное влияние очистка воды от тяжёлых изотопологов оказывает на энергетический аппарат живой клетки. Дыхательную цепь митохондрий отличают каскадные реакции. Тяжёлые изотопологи замедляют скорость реакций дыхательной цепи. На примере реакции генерации перекиси водорода митохондриями с янтарной кислотой в качестве субстрата экспериментально доказан общий ингибирующий эффект тяжёлых изотопологов воды. Снижение их содержания в воде до уровня ниже природных концентраций деингибирует и достоверно ускоряет исследованную реакцию .
Лёгкая вода проявляет противоопухолевую активность, что показано в работах учёных, проводимых в исследовательских центрах разных стран . По данным Г.Шомлаи, результаты клинических испытаний, проведённых в 1994-2001 гг. в Венгрии, показали, что уровень выживаемости больных, употреблявших лёгкую воду в сочетании с традиционными методами лечения или после них выше, чем у больных, использовавших только химио- или лучевую терапию .
Токсикопротекторные свойства легкой воды подтверждены экспериментальными исследованиями , из которых следует, что легкая вода, очищенная от тяжелых изотопологов, за счет своих транспортных свойств эффективно выводит токсины и продукты метаболизма из организма.
Также отмечено влияние легкой воды на пациентов с сахарным диабетом II типа. Результаты открытого предклинического исследования продолжительностью 90 дней показали, что под действием легкой воды у добровольцев снизился повышенный уровень глюкозы натощак и снизилась инсулинорезистентность .
Есть и мнение о недоказанности существования особых биологических свойств лёгкой воды .
Уровень депрессии среди населения США в значительной степени коррелирует с географическим распределением дейтерия, а причино-следственную связь депрессии и ангедонии с содержанием дейтерия в питьевой воде подтвердила серия независимых экспериментов на животных. Было показано, что замена обычной питьевой воды на воду, обедненную по дейтерию, противодействует депрессии сопоставимо с результатами приема антидепрессантов. Питьевая вода, обедненная по дейтерию, может стать средством, лежащим в основе новой стратегии профилактики депрессии.
См. также
Примечания
- Кульский Л. А., Даль В. В., Ленчина Л. Вода знакомая и загадочная.- Киев: «Радянська школа», 1982.- 120 с.
- Петрянов-Соколов И. В. Самое необычное вещество в мире.// Химия и жизнь. 2007. № 1. с.26.
- Harold C. Urey, F. G. Brickwedde, and G. M. Murphy. A Hydrogen Isotope of Mass 2 // Columbia University and the Bureau of Standards.
- Rothman et al., J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 1998, 60, 665. Rothman et al., J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 2003, 82, p.9.
- Патент RU 2295493. «Способ и установка для производства лёгкой воды». Соловьев С. П.
- Lis G., Wassenaar L. I., Hendry M. J. High-Precision Laser Spectroscopy D/H and 18 O/ 16 O Measurements of Microliter Natural Water Samples.// Anal. Chem. 2008. V. 80 (1). P. 287-293
- Ферронский В. И., Поляков В. А. Изотопия гидросферы. М.: Наука, 1983 г.
- Craig, H. Standard for Reporting Concentrations of Deuterium and Oxygen-18 in Natural Waters. // Science. 1961. V. 133. PP. 1833−1834.
- Hagemann R., Niff G., Roth E. Absolute isotopic scale for deuterium analysis of natural waters. Absolute D/H ratio for SMOW. // Tellus. 1970. V.22. N6. PP.712-715.
- De Wit J.C., van der Straaten C.M.; Mook W.G. Determination of the Absolute Hydrogen Isotopic Ratio of VSMOW and SLAP. // Geostandards Newsletter. 1980. V. 4. N. 1. PP. 33−36.
- V.V. Goncharuk, V.B. Lapshin, T.N. Burdeinaya, T.V. Pleteneva, A.S. Chernopyatko et al. Physicochemical Properties and Biological Activity of the Water Depleted of Heavy Isotopes // 2011, published in Khimiya i Tekhnologiya Vody, 2011, Vol. 33, No. 1, pp. 15-25. Journal of Water Chemistry and Technology, 2011, Vol. 33, No. 1, pp. 8-13.
- Смирнов А. Н., Лапшин В. Б., Балышев А. В., Лебедев И. М., Гончарук В. В., Сыроешкин А. В. Структура воды: гигантские гетерофазные кластеры воды. // Химия и технология воды. - 2005.- № 2. - C. 11-37; Смирнов А. Н., Сыроешкин А. В. Супранадмолекулярные комплексы воды. // Рос. хим. ж. - 2004.- Т.48 - № 2. - C. 125-135
- Lewis, G. N. ,Biology of heavy water. Science, 79, 151 (1934)
- Торопцев И.В. и др. Биологическая роль тяжелой воды в живых организмах. Вопросы радиобиологии и гематологии, Издательство Томского университета, 1966г.
- Оригинал публикации Торопцев И.В. и др. Биологическая роль тяжелой воды в живых организмах. Вопросы радиобиологии и гематологии, Издательство Томского университета, 1966г.
- Синяк Ю. Е.., Григорьев А. И. Оптимальный изотопный состав биогенных химических элементов на борту пилотируемых космических аппаратов. // Авиакосмическая и экологическая медицина. 1996. Т. 30, № 4, С. 26.
- Синяк Ю. Е., Скуратов В. М., Гайдадымов В. Б., Иванова С. М., Покровский Б. Г. Григорьев А. И. Исследование фракционирования стабильных изотопов водорода и кислорода на международной космической станции. // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2005. Т. 39, № 6, С. 43.
Энциклопедичный YouTube
-
1 / 5
У кислорода три устойчивых изотопа: 16 O, 17 O и 18 O (табл.1).
Комбинации 5 стабильных изотопов водорода и кислорода дают набор 9 молекул-изотопологов воды (табл.2).
Молекула 1 H 2 16 O является самой лёгкой из совокупности всех изотопологов воды. Именно воду 1 H 2 16 O следует считать классической или лёгкой водой.
Лёгкая вода как моноизотопная композиция 1 H 2 16 O является предельным случаем изотопной чистоты. В естественных условиях такой чистой лёгкой воды не существует. Для получения изотополога 1 H 2 16 O ведут тонкую многостадийную очистку природных вод или синтезируют из исходных элементов 1 H 2 и 16 O 2 .
Природная вода представляет собой многокомпонентную смесь изотопологов. Содержание самого лёгкого изотополога в ней значительно превосходит концентрацию всех остальных вместе взятых. В природных водах в 1000000 молекул в среднем содержится 997284 молекул 1 H 2 16 O, 311 молекул 1 HD 16 O, 390 молекул 1 H 2 17 O, и около 2005 молекул 1 H 2 18 O.
Концентрация молекул воды, содержащих тяжёлые изотопы D, 17 O, 18 O, в природной воде колеблется в пределах, зафиксированных в основных стандартах изотопного состава гидросферы SMOW и SLAP (табл.3). Весовые количества изотопологов в природной воде рассчитаны на основании данных прямого определения их содержания методом молекулярной спектроскопии.
Таблица 3. Рассчитанные весовые количества изотопологов в природной воде, соответствующие международным стандартам SMOW (средняя молекулярная масса = 18,01528873) и SLAP (средняя молекулярная масса = 18,01491202), .
Изотополог воды Молекулярная масса Содержание, г/кг SMOW SLAP 1 H 2 16 O 18,01056470 997,032536356 997,317982662 1 HD 16 O 19,01684144 0,328000097 0,187668379 D 2 16 O 20,02311819 0,000026900 0,000008804 1 H 2 17 O 19,01478127 0,411509070 0,388988825 1 HD 17 O 20,02105801 0,000134998 0,000072993 D 2 17 O 21,02733476 0,000000011 0,000000003 1 H 2 18 O 20,01481037 2,227063738 2,104884332 1 HD 18 O 21,02108711 0,000728769 0,000393984 D 2 18 O 22,02736386 0,000000059 0,000000018 Как видно из таблицы 3, в природной воде весовая концентрация тяжёлых изотопологов может достигать 2,97 г/кг, что является значимой величиной, сопоставимой, например, с содержанием минеральных солей.
Природная вода, близкая по содержанию изотополога 1 H 2 16 O к стандарту SLAP, а также специально очищенная с существенно увеличенной долей этого изотополога по сравнению со стандартом SLAP, определяется как особо чистая лёгкая вода (менее строгое определение, которое применимо в реальной жизни).
В лёгкой воде доля самого лёгкого изотополога составляет (мол.%):
99.76 < 1 H 2 16 O ≤ 100.
Если из воды, отвечающей стандарту SMOW, удалить все тяжёлые молекулы, массовое содержание которых составляет 2,97 г/кг и заменить их на 1 H 2 16 O, то масса 1 л такой лёгкой и изотопно чистой воды уменьшится на 250 мг. Таким образом, параметры лёгкой воды, в первую очередь, её «лёгкость» и изотопный состав поддаются измерению с помощью таких методов, как масс-спектрометрия , гравиметрия , лазерная абсорбционная спектроскопия , ЯМР .
Международные стандарты на природные воды различного изотопного состава
- Стандарт VSMOW (Vienna Standard Mean Ocean Water) определяет изотопный состав глубинной воды Мирового океана.
- Стандарт SLAP (Standard Light Antarctic Precipitation) определяет изотопный состав природной воды из Антарктики.
По международному стандарту VSMOW абсолютное содержание дейтерия и кислорода-18 в океанической воде составляет: D VSMOW / 1 H VSMOW=(155,76±0,05)⋅10 −6 , или 155,76 ppm 18 O VSMOW/ 16 O VSMOW =(2005,20±0,45)⋅10 −6 , или 2005 ppm. Для стандарта SLAP концентрации в воде составляют : дейтерия D/H=89⋅10 −6 или 89 ppm, кислорода-18 18 O/ 16 O=1894⋅10 −6 или 1894 ppm.
Стандарт SLAP характеризует самую лёгкую природную воду на Земле. Вода в различных точках земного шара неодинакова по своей лёгкости.
Свойства и эффекты лёгкой воды
Изотопологи отличаются друг от друга по физическим, химическим и биологическим свойствам (табл.4).
Равновесное давление паров у изотопологов воды различается, и весьма существенно. Чем меньше масса молекулы воды, тем выше давление пара, а это означает, что пар, равновесный с водой, всегда обогащён лёгкими изотопами кислорода и водорода. Относительно малой массы элементов разница масс изотопов велика, поэтому они способны сильно фракционировать в природных процессах: D/H → 100 %, 18 O/ 16 O →12,5 %. Изотопы водорода и кислорода наиболее эффективно фракционируют в процессах испарения-конденсации и кристаллизации воды.
Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о различии физико-химических свойств легкой воды и деионизированной воды природного изотопного состава .
Тяжёлые изотопологи в природной воде являются примесями по отношению к 1 H 2 16 O, которые по некоторым исследованиям можно рассматривать как дефекты структуры .
Устранение гетерогенности воды по изотопному составу приводит к увеличению её гомогенности. Лёгкая вода является более однородной жидкостью. Тяжелоизотопные молекулы, содержащиеся в воде в природных концентрациях, практически не оказывают заметного влияния на неживые системы. В наибольшей степени эффекты лёгкой воды проявляются на биологических объектах, для которых характерны каскадные реакции.
Реакция биосистем при воздействии на них воды может изменяться в зависимости от количественных и качественных изменений её изотопного состава. В ходе эволюции живых организмов произошёл отбор биохимических процессов с настройкой их только на один изотоп, как правило, лёгкий . В организме человека происходит «фракционирование изотопов, сопровождающееся удалением тяжёлых стабильных изотопов водорода и кислорода воды» . Применение воды с повышенной концентрацией тяжёлых изотопов, в частности, дейтерия, вызывает выраженные токсические эффекты на уровне организма . В то же время на разных объектах зарегистрирована положительная биологическая активность вод с пониженным, относительно природного, содержанием тяжелых изотопологов, в частности дейтерия и кислорода 18 . Проводимые в ГНЦ РФ «Институт медико-биологических проблем» РАН систематические исследования по созданию среды обитания космонавтов с оптимальным изотопным составом биогенных химических элементов показали, что вода с пониженным по сравнению с природным содержанием тяжелоизотопных молекул является необходимым компонентом системы жизнеобеспечения космонавтов во время длительных полётов
Биологические свойства
В качестве универсальной среды, в которой идут все биологические реакции, лёгкая вода увеличивает скорость этих реакций по сравнению с водой природного изотопного состава. Этот эффект известен под названием кинетический изотопный эффект растворителя .
Транспортные свойства легкой воды доказаны при изучении влияния тяжелых изотопологов в составе природной воды на динамику выведения красителя метиленового синего из обонятельной системы шпорцевых лягушек .
Наиболее сильное влияние очистка воды от тяжёлых изотопологов оказывает на энергетический аппарат живой клетки. Дыхательную цепь митохондрий отличают каскадные реакции. Тяжёлые изотопологи замедляют скорость реакций дыхательной цепи. На примере реакции генерации перекиси водорода митохондриями с янтарной кислотой в качестве субстрата экспериментально доказан общий ингибирующий эффект тяжёлых изотопологов воды. Снижение их содержания в воде до уровня ниже природных концентраций деингибирует и достоверно ускоряет исследованную реакцию .
Лёгкая вода проявляет противоопухолевую активность, что показано в работах учёных, проводимых в исследовательских центрах разных стран . По данным Г.Шомлаи, результаты клинических испытаний, проведённых в 1994-2001 гг. в Венгрии, показали, что уровень выживаемости больных, употреблявших лёгкую воду в сочетании с традиционными методами лечения или после них выше, чем у больных, использовавших только химио- или лучевую терапию .
Токсикопротекторные свойства легкой воды подтверждены экспериментальными исследованиями , из которых следует, что легкая вода, очищенная от тяжелых изотопологов, за счет своих транспортных свойств эффективно выводит токсины и продукты метаболизма из организма.
Также отмечено влияние легкой воды на пациентов с сахарным диабетом II типа. Результаты открытого предклинического исследования продолжительностью 90 дней показали, что под действием легкой воды у добровольцев снизился повышенный уровень глюкозы натощак и снизилась инсулинорезистентность .
См. также
Примечания
- Кульский Л. А., Даль В. В., Ленчина Л. Вода знакомая и загадочная.- Киев: «Радянська школа», 1982.- 120 с.
- Петрянов-Соколов И. В. Самое необычное вещество в мире.// Химия и жизнь. 2007. № 1. с.26.
- Rothman et al., J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 1998, 60, 665. Rothman et al., J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 2003, 82, p.9.
- Патент RU 2295493. «Способ и установка для производства лёгкой воды». Соловьев С. П.
- Lis G., Wassenaar L. I., Hendry M. J. High-Precision Laser Spectroscopy D/H and 18 O/ 16 O Measurements of Microliter Natural Water Samples.// Anal. Chem. 2008. V. 80 (1). P. 287-293
- Ферронский В. И., Поляков В. А. Изотопия гидросферы. М.: Наука, 1983 г.
- Craig, H. Standard for Reporting Concentrations of Deuterium and Oxygen-18 in Natural Waters. // Science. 1961. V. 133. PP. 1833−1834.
- Hagemann R., Niff G., Roth E. Absolute isotopic scale for deuterium analysis of natural waters. Absolute D/H ratio for SMOW. // Tellus. 1970. V.22. N6. PP.712-715.
- De Wit J.C., van der Straaten C.M.; Mook W.G. Determination of the Absolute Hydrogen Isotopic Ratio of VSMOW and SLAP. // Geostandards Newsletter. 1980. V. 4. N. 1. PP. 33−36.
- V.V. Goncharuk, V.B. Lapshin, T.N. Burdeinaya, T.V. Pleteneva, A.S. Chernopyatko et al. Physicochemical Properties and Biological Activity of the Water Depleted of Heavy Isotopes // 2011, published in Khimiya i Tekhnologiya Vody, 2011, Vol. 33, No. 1, pp. 15-25. Journal of Water Chemistry and Technology, 2011, Vol. 33, No. 1, pp. 8-13.