Введение 3
Глава 1 5
Релаксационные свойства жидких диэлектриков 5
1.1 Дипольная релаксация 6
1.2 Дисперсионные уравнения 9
1.3 Распределение времен релаксации 20
1.3.1 Распределение Коула—Коула 22
1.4 Диэлектрическая релаксация и термодинамические функции 23
Глава 2 25
Экспериментальная установка и методы измерения диэлектрических свойств материалов 25
2.1 Измерительные системы - анализатор цепей 25
2.2 Методы измерения 27
2.2.1 Коаксиальный пробник 27
2.2.2 Линия передачи 30
2.2.3 Свободное пространство 32
2.2.4 Объемный резонатор 34
Глава 3 39
Исследование разбавленных водных растворов аминокислот методом диэлектрической спектроскопии 39
3.1 Объекты исследования 40
3.2 Методика проведения эксперимента 42
3.3 Анализ погрешностей 45
3.4 Результаты и обсуждение 46
Заключение 55
Список использованной литературы
Исследование взаимодействия электромагнитного поля с веществом, считается одной из актуальных проблем современной радиофизики. Радиофизические методы исследования, к которым принадлежат такие как рефрактометрия, кондуктометрия, диэлектрическая спектроскопия, обширно применяются для измерения электрических характеристик материальных сред.
Методы диэлектрической спектроскопии предоставляют важную информацию о ключевых свойствах жидкостей, структуре, тепловом движении частиц, структурных изменениях систем, к примеру, растворов полярных жидкостей, при изменении температуры и состава.
Диэлектрическая релаксация воды располагается в диапазоне высоких частот (16ГГц при температуре 20 0С), по этой причине получение диэлектрического спектра является непростой задачей. В последнее время с быстрыми темпами развития СВЧ измерительной техники появились высокочастотные векторные анализаторы цепей, которые дают возможность проводить диэлектрические измерения в диапазоне частот 500 МГц-60ГГц.
Многие природные и синтетические биологически активные вещества (БАВ) проявляют способность к образованию наноассоциатов в области низких (10-10—10-2 моль/литр) и сверхнизких (10-20—10-11 моль/литр) концентраций [1,2]. На данный момент гипотезы механизма действия водных растворов биологически активных веществ в области низких концентраций не могут объяснить природы этого достаточно распространенного явления [1, 2]. Для объяснения накопившихся фактов высокой физиологической активности водных растворов БАВ необходимо обнаружить физико-химические закономерности, относящиеся к разбавленным водным растворам, выяснить воздействие низких и сверхнизких концентраций растворенных веществ на процессы структурообразования в водных системах, установить взаимосвязь структурообразования, свойств водных растворов и их биоэффектов [3].
Целью данной работы является исследование разбавленных водных растворов аминокислот методом диэлектрической спектроскопии.
Первая глава данной работы посвящена механизмам релаксации жидких диэлектриков. Во второй главе рассмотрены методы измерения диэлектрических спектров в высокочастотном диапазоне, приведены основные достоинства и недостатки. В третьей главе разобрана методика проведения эксперимента и обсуждаются полученные результаты.
В результате проделанной работы было выполнено следующее:
1. Приготовленные водные растворы аминокислот - лизин, триптофан и метионин в диапазоне концентраций 10-2-10-9 моль/литр с шагом 1 моль/литр. Проведены измерения диэлектрических спектров на установке компании Agilent Technologies - PNA-X Network Analyzer (N5247A) в частотном диапазоне 500МГц-65 ГГц от 170С до 500С с шагом 30С;
2. Измеренные диэлектрические спектры аппроксимировались распределением Коула-Коула, в результате были рассчитаны диэлектрические параметры Ае и т, и построены зависимости Ae(T) и T(1000/T),рассчитаны значения АЕ;
3. В результате анализа концентрационной зависимости АЕ(С) энергии активации процесса диэлектрической релаксации воды была определена пороговая концентрация 10-4 моль/литр образования дисперсной фазы. Предложена качественная модель образования наноассоциатов в разбавленных водных растворах аминокислот.
