延安大学 家属楼:脉冲电场对水结构影响的研究

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脉冲电场对水结构影响的研究

 

李光林　杨亚玲

摘　要　本文研究了脉冲电场对水的导电率、pH值、折射率、透光率影响。结果表明，1.0×105v/m脉冲电场处理去离子水、蒸馏水5、30min后，电导率、折射率增加；透光率、pH值降低。电处理水具有“记忆”效应。对自来水作相同处理后，除电导率没测到变化外，其它指标也有变化。研究发现，电场处理水引起其结构改变，电场强度起决定作用，其次是处理时间。本文还探讨了作用机理。
关键词　电场处理水；电导率；pH值；折射率；透光率
中图分类号　S12；Q641
文献标识码　A　　文章编号　1007-7146(1999)01-0040-03

The Effect of Electric Field on the Qualities of Water

LI Guanglin 　YANG Yaling
(Institute of Basic Science, SouthWest Agricultural University, Beibei, Chongqing　400716)

Abstract　This article is on the study of the effect of pulse electric field on the following qualities of water: conductance rate, pH value, refraction rate and the rate of pervious to light. The study shows that after the treatment of 1.0×105v/m pulse electric field to pure water and distilled water for 5 or 30 minutes, the conductance rate and the refraction rate increase, while pH value and the rate of pervious to light decrease; and that electric field treated water has the effect of " memary". The study also shows that after the same treatment to tap water, the conductance rate remains the same, while all the other indexes have some changes. It is found in the study that the electric field intensity has the decisive effect on the changes of the qualities of the electric field treated water, while the time of treatment has the less decisive effect. A study of the mechanism of effect has also be made in this article.
Key words　Electric fieldtreated water；Conductance rate；pH value；Refraction rate；The rate of pervious to light

　　水是生命活动不可缺少的重要物质，无论是动物还是植物其生理、病理过程都和水有关，水的结构改变直接影响着生命活动的进行。电场对生物的各种效应已有一些研究报道［1～3］，但直接研究电场对水的结构影响还没见报道。本实验以自来水、去离子水、蒸馏水为材料，探讨电场的强度和处理时间对水的部份理化性质影响，给电场的某些生物效应解释奠定基础。

1　材料和方法

　　将自来水、蒸馏水、去离子水装于干净的烧杯中，置于3.0×104v/m、1.0×105v/m的脉冲电场中处理5、30min，重复实验5次。用DSS11型电导率仪测电导率；用等厚干涉法［4］测折射率；用pH25型酸度计测pH值；用UV120型紫外可见分光光度计测定其在210nm处的透光率，以未处理为对照，将空比色杯的透光率作为100%。

2　结果及分析

2.1　电场对水的电导率影响
　　表1表明1.0×105v/m的脉冲电场处理蒸馏水、去离子水后，与未处理相比，电导率增加，随着处理时间的延长，电导率增加越明显；而3.0×104v/m的脉冲电场处理后，电导率略有下降。两种电场对自来水的电导率无影响。

　　表1　电场对水的电导率的影响
　　Table 1　Electric Field's Effect on Conductance of Water

电场强度(v/m)
Intensity of 
Electric Field处理时间(min)
Processing
Duration电导率(μΩ/cm)　Conductance Rate自来水
Tap water蒸馏水
Distilled water去离子水
Pure Water3.0×10450.27×1030.70×100.73×10300.28×1030.72×100.71×101.0×10550.28×1031.00×101.09×10300.29×1031.15×101.16×10对照(Contrast)　0.28×1030.78×100.74×10
2.2　电场对水的pH值的影响
　　表2表明经1.0×105v/m的脉冲电场处理蒸馏水、去离子水30min后，pH值下降明显，处理5min后pH下降不如前者。3.0×104v/m的脉冲电场处理后，pH值变化不明显；而自来水经1.0×105v/m脉冲电场处理后pH值也有微小变化。　

　表2　电场对水的pH值影响
　　Table 2　Electric Field's Effect on pH value of water

电场强度(v/m)
Intensity of
Electric Field处理时间(min)
Processing
DurationpH值　　pH Value自来水
Tap water蒸馏水
Distilled water去离子水
Pure Water3.0×10456.016.706.60306.006.686.541.0×10555.806.025.92305.705.785.68对照(Contrast)　6.086.806.65
2.3　电场对水的折射率影响
　　表3表明去离子水、蒸馏水经1.0×105v/m脉冲电场处理30分钟后折射率增加明显，处理5min后折射率变化不明显。3.0×104v/m脉冲电场处理无上述变化。自来水经1.0×105v/m脉冲电场处理30min后折射率也有变化。　

表3　电场对水的折射率的影响
　　Table 2　Electric Field's Effect on Refraction Rate of water

电场强度(v/m)
Intensity of
Electric Field处理时间(min)
Processing
Duration折射率　Refraction Rate自来水
Tap water蒸馏水
Distilled water去离子水
Pure Water3.0×10451.321.341.33301.321.341.341.0×10551.331.361.37301.341.391.40对照(Contrast)　1.321.331.33
2.4　电场对水的透光率影响
　　三种水经1.0×105v/m的脉冲电场处理后在210nm处透光率均有变化，随着处理时间增加，透光率减少明显，特别是蒸馏水和去离子水这种现象更显著。因氧分子在210nm波长处有吸收峰［5］，透光率降低，说明水中氧含量增加，这与pH值的测定结果是相吻合的。水中氧含量增加，pH下降。
2.5　电场处理水的“记忆”效应
　　经1.0×105v/m的脉冲电场处理30min的蒸馏水放置24h，或加热到60℃后，电导率与对照相比仍然保持在较高水平。而3.0×104v/m处理的蒸馏水保持24h、或加热60℃后，与对照相比基本保持相同水平。其原因是1.0×105v/m电场具有较强的能量而引起水中氢键断裂，产生带电离子和自由基团，这种离子和自由基团具有相对稳定性。而3.0×104v/m电场能量只能使水分子偶极矩沿外场取向，当外场消失，由于热运动，这种取向则被破坏。因此基本上保持与对照相同水平。

　　表4　电场处理水在210nm处透光率的变化
　　Table 4　The Transmittancy changes of ElectricFieldTreated Water at 210nm

电场强度(v/m)
Intensity of 
Electric Field处理时间(min)
Processing
Duration透光率　Transmittancy自来水
Tap water蒸馏水
Distilled water去离子水
Pure Water3.0×104587.694.294.33087.490.594.81.0×105580.360.762.33077.740.347.8对照(Contrast)　87.694.995.4
3　讨论

　　水是极性分子，水分子之间靠氢键缔合。蒸馏水和去离子水中几乎不含无机离子，因此本身电导率很低。在外电场作用下，水分子将发生极化，分子偶极矩沿外场方向取向，电场较弱时这种取向不完全，因此其理化性质改变不明显；电场较强时水分子偶极矩将沿外场方向取向一致化，有序性增加，导电能力反而有所下降；当电场很强时，足够的电场能量使水分子氢键断裂，水中产生带电离子和自由基团，含氧量随之增加，电导率增大，pH值和光学性质随之改变。而且带电离子和自由基具有相对稳定性，存放和小范围加热并不改变其生理活性，这可能是电处理水对很多生物具有生理作用的主要原因。
　　自来水中混杂有很多无机离子，其导电能力主要由导电性能强的无机离子决定，因此普通水比蒸馏水电导率大很多。尽管强电场也会破坏自来水中氢键，产生带电离子和自由基，但就电导率而言也表现不出明显变化，但其它理化性质确发生改变，因此，自来水经强电场处理后仍能具有生理活性。
　　但值得注意的是，若电场太强，将使水中产生过量自由基，对生物的代谢将产生消极作用，这可能是一些文献报道指出强电场阻碍生物生长的一方面原因。

作者单位：西南农业大学基科院，重庆　400716

References

［1］Zhao Jian et al. The effects of pretreatment of soybean seeds with high voltage electrostatic field (HVEF) on soybean seedling's cold acclimation. ACTA BIOPHYSICA SINICA, 1997,(3): 498～491(in Chinese)
［2］Li Guang Lin et al. Influence of electromagnetic field on the superweak luminosity and ATP content of germinating mung bean. JOURNAL OF SOUTHWEST AGRICULTU
　 RAL UNIVERSITY, 1995,(2):176～177(in Chinese)
［3］Ma Fu Rong et al. The effect high voltage electrostatic field (HVEF) on ginseng gaowth and soil chemical state. ACTA BIOPHYSICA SINICA, 1993,(1):174～178(in Chinese)
［4］Zeng Fan Guang et al. Measurement of refractive index of a liguid by film interference. COLLEGE PHYSICS, 1997,(5):24～25(in Chinese)
［5］J, Wagne Rabalais. Principles of Ultraviolet photoelectron spectroscopy. John Wileydsont lnc 1977.(in

 

来源：《激光生物学报》

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