Вода, обедненная дейтерием
Вода, обедненная дейтерием ( DDW ), — это вода , в которой концентрация дейтерия ниже , чем в природе на уровне моря на Земле.
DDW иногда называют легкой водой или протиевой водой , хотя « легкая вода » уже давно относится к обычной воде, особенно в ядерных реакторах .
Химия
[ редактировать ]Вода, обедненная дейтерием, имеет более низкую концентрацию дейтерия ( 2 H), чем встречается в природе на уровне моря. [1] Дейтерий — встречающийся в природе стабильный (нерадиоактивный) изотоп водорода с ядром, состоящим из одного протона и одного нейтрона. Ядро нормального водорода ( протия , 1 H) состоит только из одного протона и не содержит нейтрона. Таким образом, дейтерий имеет примерно в два раза большую атомную массу , чем 1 H. Тяжелая вода состоит из молекул воды с двумя атомами дейтерия вместо двух 1 Атомы Н. Водород в обычной воде составляет около 99,97%. 1 Н (по весу). [2]
Производство тяжелой воды включает выделение и удаление дейтерийсодержащих изотопологов из природной воды. Побочным продуктом этого процесса является DDW. [3]
Из-за неоднородности гидрологических условий изотопный состав природных вод различен по всей Земле. Расстояние от океана и экватора, а также высота над уровнем моря положительно коррелируют с истощением воды дейтерием. [4]
В Венском стандарте средней океанской воды (VSMOW), который определяет изотопный состав морской воды, концентрация дейтерия составляет 155,76 частей на миллион . [5] Для стандарта SLAP ( Standard Light Arctic Precipitation ), определяющего изотопный состав природной воды Антарктики, концентрация дейтерия составляет 89,02 ppm . [6]
Снежная вода, особенно из талой воды ледниковых гор , значительно легче океанской воды. Анализ ледника на высоте 22 000–24 000 метров от горы Эверест показал уровни всего 43 частей на миллион (жизненная вода SAP, Шанти, Аша, Паропакара [для 9 000]). Массовые количества изотопологов в природной воде рассчитываются на основе данных, собранных с помощью молекулярной спектроскопии : [7] [8]
| изотополог | Молекулярная масса | Содержание, г/кг | |
|---|---|---|---|
| ВСМОВ | ШЛЕПОК | ||
| 1 Ч 2 16 ТО | 18.01056470 | 997.032536356 | 997.317982662 |
| 1 ЧАС 2 ЧАС 16 ТО | 19.01684144 | 0.328000097 | 0.187668379 |
| 2 Ч 2 16 ТО | 20.02311819 | 0.000026900 | 0.000008804 |
| 1 Ч 2 17 ТО | 19.01478127 | 0.411509070 | 0.388988825 |
| 1 ЧАС 2 ЧАС 17 ТО | 20.02105801 | 0.000134998 | 0.000072993 |
| 2 Ч 2 17 ТО | 21.02733476 | 0.000000011 | 0.000000003 |
| 1 Ч 2 18 ТО | 20.01481037 | 2.227063738 | 2.104884332 |
| 1 ЧАС 2 ЧАС 18 ТО | 21.02108711 | 0.000728769 | 0.000393984 |
| 2 Ч 2 18 ТО | 22.02736386 | 0.000000059 | 0.000000018 |
Согласно таблице выше, массовая концентрация тяжелых изотопологов в природной воде может достигать 2,97 г/кг, что в основном обусловлено 1 Ч 2 18 О, т.е. вода с легким водородом и тяжелым кислородом. Также на литр воды приходится ~300 мг дейтерийсодержащих изотопологов. Это представляет собой значительную величину, сравнимую, например, с содержанием минеральных солей. [9]
Биологические свойства содержания дейтерия в воде
[ редактировать ]Гилберт Н. Льюис был первым, кто обнаружил, что тяжелая вода подавляет (задерживает) рост семян (1933). Его эксперименты с семенами табака показали, что культивирование клеток на тяжелой воде резко ускоряет процесс старения и приводит к летальному исходу. [10]
Производство
[ редактировать ]Обедненную дейтерием воду можно производить в лабораториях и на заводах. Для его производства используются различные технологии, такие как электролиз , [11] дистилляция (низкотемпературная вакуумная ректификация), [12] [13] опреснение морской воды, [14] Сульфидный процесс Гирдлера . [15] и каталитический обмен. [16]
Заявления о здоровье и критика
[ редактировать ]Гарриет Холл расследовала заявления о вреде для здоровья, связанные с употреблением DDW, который продавался по цене до 20 долларов за литр. В статье, опубликованной в июле 2020 года на сайте Skeptical Inquirer , она сообщила, что подавляющее большинство исследований DDW, несмотря на положительные результаты, не включали людей, а те немногие, которые в них участвовали, не подтвердили какую-либо эффективность для человека . [17]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Гончарук, Владыслав V; Кавицкая, Алина А; Романюкина, Ирина Ю; Лобода, Олександр А (17 June 2013). "Revealing water's secrets: deuterium depleted water" . Chemistry Central Journal . 7 (1): 103. doi : 10.1186/1752-153X-7-103 . PMC 3703265 . PMID 23773696 .
- ^ «Изотопы водорода» . Введение в химию . 26 сентября 2016 г. Архивировано из оригинала 31 марта 2020 г. . Проверено 13 июля 2020 г.
- ^ «Вода, обедненная дейтерием: темы WorldWideScience.org» . ВсемирнаяНаука . 1 января 2001 года . Проверено 13 июля 2020 г.
- ^ Сигенталер, У. (1979). «Стабильные изотопы водорода и кислорода в круговороте воды». В Ягере, Э.; Хунцикер, Дж. К. (ред.). Лекции по изотопной геологии . Шпрингер Берлин Гейдельберг. стр. 264–273. дои : 10.1007/978-3-642-67161-6_22 . ISBN 978-3-540-09158-5 .
- ^ Эталонные и сравнительные материалы стабильных изотопов легких элементов . МАГАТЭ. 1993. стр. 1–168.
- ^ «Справочный лист международных стандартов измерений» (PDF) . Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ). Архивировано из оригинала (PDF) 29 июля 2020 г. Проверено 16 марта 2020 г.
- ^ Ротман, Л.С.; Ринсланд, CP; Гольдман, А.; МАССИ, СТ; Эдвардс, ДП; Флод, Дж. М.; Перрин, А.; Ками-Пейре, К.; Дана, В.; Манден, Ж.-Ю.; Шредер, Дж.; Макканн, А.; Гамаш, РР; Уотсон, РБ; Ёсино, К.; Шанс, КВ; Джакс, КВ; Браун, ЛР; Немчинов В.; Варанаси, П. (ноябрь 1998 г.). «База данных молекулярной спектроскопии HITRAN и Hawks (атмосферная рабочая станция HITRAN): издание 1996 г.». Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения . 60 (5): 665–710. Бибкод : 1998JQSRT..60..665R . дои : 10.1016/S0022-4073(98)00078-8 .
- ^ Ротман, Л.С.; Барбе, А.; Крис Беннер, Д.; Браун, ЛР; Ками-Пейре, К.; Карлир, MR; Шанс, К.; Клербо, К.; Дана, В.; Деви, В.М.; Файт, А.; Флод, Ж.-М.; Гамаш, РР; Гольдман, А.; Жакмар, Д.; Джакс, КВ; Лафферти, WJ; Манден, Ж.-Ю.; Мэсси, Северная Каролина; Немчинов В.; Ньюнхэм, Д.А.; Перрин, А.; Ринсланд, CP; Шредер, Дж.; Смит, К.М.; Смит, Массачусетс; Тан, К.; Тот, РА; Вандер Аувера, Дж.; Варанаси, П.; Ёсино, К. (ноябрь 2003 г.). «База данных молекулярной спектроскопии HITRAN: издание 2000 г., включая обновления до 2001 г.». Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения . 82 (1–4): 5–44. Бибкод : 2003JQSRT..82....5R . дои : 10.1016/S0022-4073(03)00146-8 .
- ^ Перссон, К.; Паттерсон, К.; Перри, А. «Минеральный состав питьевой и муниципальной воды в США» (PDF) . Белтсвилл, Мэриленд: Министерство сельского хозяйства США, Служба сельскохозяйственных исследований, Центр исследований питания человека, Лаборатория данных о питательных веществах.
- ^ Льюис, Дж. Н. (1934). «Биология тяжелой воды» . Наука . 79 (2052): 151–153. Бибкод : 1934Sci....79..151L . дои : 10.1126/science.79.2042.151 . ПМИД 17788137 . S2CID 4106325 .
- ^ Котай, Ласло; Липпарт, Йожеф; Гач, Иштван; Казинци, Бела; Видра, Ласло (июнь 1999 г.). «Заводской метод приготовления обедненной дейтерием воды». Исследования в области промышленной и инженерной химии . 38 (6): 2425–2427. дои : 10.1021/ie9807248 .
- ^ Стефанеску, И.; Титеску, Г.; Титеску, ГМБ. Получение обедненной дейтерием питьевой воды включает подачу очищенной воды в изотопно-ректификационную колонну при наличии насадки на теоретических тарелках и подачу флегмы на тарелку верхней отпарной зоны с определенным соотношением тарелок. Патент WO2006028400-A1, 2006 г.
- ^ Стефанеску, И.; Пекулеа, М.; Титеску, Г. Процесс и установка для получения биологически активной воды, обедненной дейтерием, - из природной воды или воды производства тяжелой воды. Патент РО112422-В1, 1998 г.
- ^ Злотопольский, В.М. Установка для получения низкодейтериевой воды из морской воды. Патент США 2005/0109604A1, 2005 г.
- ^ Конг, Ф.С. Производство обедненной дейтерием воды для использования в фармацевтике включает циркуляцию жидкой сырой воды между холодной и теплообменной башнями и перевод тяжелых компонентов в холодной башне в жидкую фазу путем химического обмена. Патент CN101117210-A, 2007 г.
- ^ Хуан, Фэн; Мэн, Чангонг (5 января 2011 г.). «Способ получения обедненной дейтерием питьевой воды». Исследования в области промышленной и инженерной химии . 50 (1): 378–381. дои : 10.1021/ie101820f .
- ^ Холл, Харриет (6 июля 2020 г.). «Вода, обедненная дейтерием» . skepticalinquirer.org . CFI. Архивировано из оригинала 11 июля 2020 года . Проверено 11 июля 2020 г.