Найпростіші у краплі води під мікроскопом. Крапля морської води під мікроскопом

Морська вода - «колиска життя» нашої планети, давайте подивимося на найдрібніші мікроорганізми води, що живуть всього в одній краплі. Озброївшись мікроскопом, ми виявимо велике скупчення мікроскопічних істот, яких у загальній масі прийнято називати планктон.
А тепер давайте розглянемо кожен вид окремо:

Личинка краба. Крихітне прозоре членистоногое не більше 5мм завдовжки. Мине ще багато часу, перш ніж з неї розвинеться повноцінна особина.

Ікра.Майже всі риби відкладають яйця (ікру), хоча є серед них і живородні. Існують види, які намагаються якось захищати своє майбутнє потомство, проте переважна більшість не надає цьому питанню особливого значення, і ікра просто плаває в океані. Більшість її, звичайно, виявляється з'їденою.

Ціанобактерія.Одна з найпримітивніших форм життя Землі. Серед найперших організмів, що розвиваються на планеті, ціанобактерії розвивалися шляхом фотосинтезу, насичуючи планету киснем. І до сьогодні більшість кисню планети виробляється мільярдами ціанобактерій, що населяють океан.

Морський хробак.Мультисегментована поліхета оснащена десятком крихітних рестничкоподібних придатків, за допомогою яких вона може переміщатися у воді.

Веслоногі.Ці схожі на таргани істоти є найбільш поширеними представниками зоопланктону (тварини планктону) і, можливо, найважливішими тваринами океану. Оскільки саме вони є головним джерелом протеїну для багатьох та багатьох інших видів, що населяють океан.

Діатомові водорості.Кількість їх в океані складно собі навіть уявити – рахунок іде на квадрильйони. Ці маленькі, квадратні одноклітинні організми відрізняються наявністю у клітин своєрідного «панцира», що складається з кремнезему і є напрочуд гарний тип водоростей. Коли вони вмирають, їх клітинні стінки опускаються на дно моря і беруть участь у формуванні скельної породи.

Щетинкощелепні, або морські стрілки.Ці довгі стрілоподібні черв'яки є хижаками і теж дуже поширене в планктоні "тварина". Для планктону вони навіть завеликі (2 см і більше). У них розвинена нервова система, є очі, рот із зубами, деякі можуть навіть виробляти отруту.

На фотографії представлений знімок краплі морської води зі збільшенням у 25 разів. Морська вода – джерело життя на нашій планеті – кишить мікроорганізмами, загальна назва яким – планктон.

Слово "планктон" не описує певний вид організмів, це - загальний опис для всіх мікроскопічних форм життя в океані, що дрейфують разом з океанськими течіями.

Планктон включає морські віруси, мікроскопічні водорості та бактерії, крихітних черв'яків та ракоподібних, а також яйця, молодь та личинки більших форм морського життя.

Графічне представлення попередньої фотографії

1. Личинка краба.Крихітне прозоре членистоногое не більше 5мм завдовжки. Мине ще багато часу, перш ніж з неї розвинеться повноцінна особина.

2. Ціанобактерія.Одна з найпримітивніших форм життя Землі. Серед найперших організмів, що розвиваються на планеті, ціанобактерії розвивалися шляхом фотосинтезу, насичуючи планету киснем. І до сьогодні більшість кисню планети виробляється мільярдами ціанобактерій, що населяють океан.

3. Діатомові водорості.Кількість їх в океані складно собі навіть уявити – рахунок йде на квадрильйони. Ці маленькі, квадратні одноклітинні організми відрізняються наявністю у клітин своєрідного «панцира», що складається з кремнезему і є напрочуд гарний тип водоростей. Коли вони вмирають, їх клітинні стінки опускаються на дно моря і беруть участь у формуванні скельної породи.

4 Веслоногі.Ці схожі на таргани істоти є найбільш поширеними представниками зоопланктону (тварини планктону) і, можливо, найважливішими тваринами океану. Оскільки саме вони є головним джерелом протеїну для багатьох та багатьох інших видів, що населяють океан.

5. Щетинкощелепні, або морські стрілки.Ці довгі стрілоподібні черв'яки є хижаками і теж дуже поширене в планктоні "тварина". Для планктону вони навіть завеликі (2 см і більше). У них розвинена нервова система, є очі, рот із зубами, деякі можуть навіть виробляти отруту.

6. Ікра.Майже всі риби відкладають яйця (ікру), хоча є серед них і живородні. Існують види, які намагаються якось захищати своє майбутнє потомство, проте переважна більшість не надає цьому питанню особливого значення, і ікра просто плаває в океані. Більшість її, звичайно, виявляється з'їденою.

7. Морський хробак.Мультисегментована поліхета оснащена десятком крихітних рестничкоподібних придатків, за допомогою яких вона може переміщатися у воді.

У повсякденному житті людина має справу з прісною водою — у ній майже немає сторонніх домішок.

Інша справа вода морів та океанів — це скоріше дуже міцний розсіл, ніж вода. У літрі морської води в середньому знаходиться 35 грам різних солей:

27,2 г кухонної солі
3,8 г хлористого магнію
1,7 г сірчанокислого магнію
1,3 г сірчанокислий калій
0,8 г сірчанокислого кальцію

Поварена сіль робить воду солоною, сірчанокислий і хлористий магній надають їй гіркого присмаку. У сукупності солі становлять близько 99,5% всіх речовин, розчинених у водах світового океану.

На інші елементи припадає лише половина відсотка. З морської води видобувають 3/4 від усієї кількості кухонної солі у світі.

Академік А. Виноградов довів, що у морській воді можна знайти всі відомі сьогодні хімічні елементи. Звичайно, у воді розчинені не самі елементи, а їх хімічні сполуки.

Вчені представили результати досліджень, які документально підтверджують те, що вода має пам'ять:

Лікар Масару Емото.Японський дослідник зумів розробити спосіб оцінки якості води за кристалічними структурами, а також спосіб активного впливу ззовні.

У заморожених пробах води під мікроскопом виявили дивовижні відмінності в кристалічній структурі, причиною яких були хімічні забруднювачі та зовнішні фактори. Доктору Емото вдалося вперше науково довести (що багатьом видавалося неможливим) те, що вода здатна накопичувати в собі інформацію.

Лікар Лоренцен.Проводив експерименти з біорезонансними методами та відкрив, де в структурі макромолекул може зберігатися інформація.

Лікар С.В. Зенін.У 1999 р. відомий російський дослідник води С.В. Зенін захистив в Інституті медико-біологічних проблем РАН докторську дисертацію, присвячену пам'яті води, яка стала суттєвим етапом у просуванні цього напряму досліджень, складність яких посилюється тим, що вони перебувають на стику трьох наук: фізики, хімії та біології. На підставі даних, отриманих трьома фізико-хімічними методами: рефрактометрії, високоефективної рідинної хроматографії та протонного магнітного резонансу, ним було побудовано та доведено геометричну модель основного стабільного структурного утворення з молекул води (структурована вода), а потім отримано зображення за допомогою контрастно-фазового цих структур.

Вчені лабораторії С.В. Зеніна досліджували вплив людей на властивості води. Контроль вівся як щодо зміни фізичних параметрів, насамперед щодо зміни електропровідності води, так і за допомогою тестових мікроорганізмів. Дослідження показали, що чутливість інформаційної системи води виявилася настільки високою, що здатна відчувати вплив як тих чи інших польових впливів, а й форм навколишніх предметів, впливу людських емоцій і думок.

Японський дослідник Масару Емото наводить ще дивовижніші докази інформаційних властивостей води. Він встановив, що жодні два зразки води не утворюють повністю однакових кристалів при замерзанні, і що їхня форма відображає властивості води, несе інформацію про той чи інший вплив, наданий на воду.

Відкриття японського дослідника Емото Массару про пам'ять води, Викладене в його першій книзі «Послання води» (2002 р.), на думку багатьох вчених – одне з сенсаційних відкриттів, зроблених на рубежі тисячоліть.

Відправним моментом для досліджень Масару Емото з'явилися роботи американського біохіміка Лі Лорензена, який у вісімдесятих роках минулого століття довів, що вода сприймає, накопичує та зберігає інформацію, яку вона повідомляє. Емото став співпрацювати з Лорензеном. При цьому його основною ідеєю став пошук шляхів візуалізації одержуваних ефектів. Він розробив ефективний метод отримання кристалів з води, яку попередньо в рідкому вигляді наносилася різна інформація у вигляді промови, написів на посудині, музики чи уявного обращения.

У лабораторії професора Емото було досліджено зразки води з різних водних джерел усього світу. Вода зазнавала різних видів впливу, таких як музика, зображення, електромагнітне випромінювання від телевізора або мобільного телефону, думки однієї людини та груп людей, молитви, надруковані та вимовлені слова різними мовами. Таких знімків зроблено понад п'ятдесят тисяч.

Для отримання фотографій мікрокристалів крапельки води поміщали у 100 чашок Петрі та різко охолоджували у морозильнику протягом 2 годин. Потім вони поміщалися у спеціальний прилад, який складається з холодильної камери та мікроскопа з підключеним до нього фотоапаратом. При температурі -5 градусів в темному полі мікроскопа під збільшенням 200-500 разів розглядалися зразки і робилися знімки найбільш характерних кристалів.

Але чи у всіх зразках води утворювалися кристали правильної форми у формі сніжинок? Ні, далеко не у всіх! Адже стан води на Землі (природній, водопровідній, мінеральній) по-різному.

У пробах з природною та мінеральною водою, що не зазнала очищення та спеціальної обробки, вони утворювалися завжди, і краса цих шестикутних кристалів заінтригувала.

У пробах з водопровідною водою взагалі не спостерігалося кристалів, а навпаки, утворювалися далекі від кристалічної форми гротескні утворення, які на фотографіях були жахливими і викликали огиду.

Коли знаєш, наскільки прекрасні кристали утворює вода у природному стані, дуже сумно дивитися на те, що відбувається з такою «неповноцінною» водою.

Вчені різних країн проводили подібні дослідження зразків води, взятих із різних куточків Землі. І скрізь результат був той самий: чиста вода (джерельна, природна, мінеральна) істотно відрізняється від технологічно очищеної. У водопровідній воді кристали майже ніде не утворювалися, тоді як у природній воді завжди виходили кристали незвичайної краси та форми. Особливо яскраві кристали з чіткою структурою, що уособлюють споконвічну силу і красу природи, утворювалися при заморожуванні природної води, взятої зі святих джерел.

Доктор Емото провів також експеримент, поміщаючи два написи на пляшках із водою. На одній “Дякую”, на іншій “Ти глухий”. У першому випадку вода сформувала гарні кристали, який доводить, що "Спасибі" здобуло гору над “ Ти глухою ”. Таким чином, добрі слова сильніші за злі.

У природі існує 10% хвороботворних мікроорганізмів та 10% корисних, решта 80% можуть змінювати свої властивості від корисних до шкідливих. Доктор Емото вважає, що така пропорція існує й у людському суспільстві.

Якщо одна людина молиться з глибоким, ясним і чистим почуттям, кристалічна структура води буде ясна і чиста. І навіть якщо велика група людей має безладні думки, кристалічна структура води теж буде неоднорідною. Однак, якщо всі об'єднаються, кристали вийдуть гарними, як за чистої та зосередженої молитви однієї людини. Під впливом думок вода змінюється миттєво.

Кристалічна структура води складається із кластерів (велика група молекул). Слова, подібні до слова "дурень" знищують кластери. Негативні фрази та слова формують великі кластери або взагалі їх не створюють, а позитивні, красиві слова та фрази створюють дрібні, напружені кластери. Дрібніші кластери довше зберігають пам'ять води. Якщо є занадто великі проміжки між кластерами, інша інформація може легко проникнути в ці ділянки та зруйнувати їхню цілісність, таким чином стерти інформацію. Туди можуть проникнути мікроорганізми. Напружена щільна структура кластерів є оптимальною для тривалого збереження інформації.

У лабораторії доктора Емото провели багато експериментів з метою знайти те слово, яке найсильніше очищає воду, і в результаті виявили, що це не одне слово, а поєднання двох слів: «Кохання та Подяка». Масару Емото передбачає, що й провести дослідження, можна знайти більше тяжких злочинів у тих галузях, де частіше в спілкуванні використовують лихослів'я.

Рис. Форма кристалів води при різних впливах на неї

Доктор Емото каже, що все, що існує, має вібрацію, і написані слова також мають вібрацію. Якщо малюю коло, створюється вібрація коло. Малюнок хреста створив би вібрацію хреста. Якщо я пишу LOVE (кохання), то цей напис створює вібрацію кохання. Вода може бути скріплена із цими вібраціями. Красиві слова мають гарні, ясні вібрації. Навпаки, негативні слова виробляють потворні, нескладні коливання, які формують групи. Мова людського спілкування - не штучна, а скоріше природна, природна освіта.

Це підтверджується і вченими у галузі хвильової генетики. П.П. Гаряєв виявив, що спадкова інформація в ДНК записана за тим самим принципом, що лежить в основі будь-якої мови. Експериментально доведено, що молекула ДНК має пам'ять, яка може передаватися навіть тому місцю, де раніше знаходився зразок ДНК.

Лікар Емото вірить, що вода відбиває свідомість людства. Отримуючи гарні думки, почуття, слова, музику, духи наших предків стають легшими і набувають можливість зробити перехід "додому". Недарма у всіх народів існують традиції шанобливого ставлення до покійних предків.

Доктор Емото є ініціатором проекту «Кохання та Подяка Воді». 70% земної поверхні, і приблизно така ж частина людського організму зайнята водою, тому учасники проекту пропонують у день 25 липня 2003 року приєднатися до них усіх бажаючих, щоб надіслати побажання Любові та Подяки всій воді на землі. У цей момент, принаймні, три групи учасників проекту молилися біля водойм у різних частинах землі: біля озера Kinneret (відомого як Галілейське море) в Ізраїлі, озера Starnberger у Німеччині та озера Biwa у Японії. Подібний, але менш масштабний захід уже проводився цього дня минулого року.

Щоб самому переконатися, що вода сприймає думки, не потрібно спеціальної апаратури. Будь-коли кожен може зробити експеримент з хмарою, описаний Масару Емото. Щоб стерти невелику хмарку на небі, потрібно зробити таке:

Не робіть це з великою напругою. Якщо ви занадто збуджені, ваша енергія не буде виходити від вас легко.
- Візуалізуйте, що лазерний промінь як енергія входить у намічену хмару прямо з вашої свідомості та висвітлює кожну частину хмари.
- Ви вимовляєте у минулому часі: "хмара зникла".
- Одночасно, Ви виявляєте подяку, говорячи: "я вдячний за це", теж у минулому часі.

На підставі наведених вище даних можна зробити деякі висновки:

Добро впливає структуру води творчо, зло руйнує її.
Добро первинне, зло вторинне. Добро активно, воно працює саме, якщо прибрати злу силу. Тому молитовні практики світових релігій включають очищення свідомості від суєти, «шуму» і егоїзму.
Насильство – атрибут зла.
Людська свідомість набагато сильніше впливає на буття, аніж навіть дії.
Слова можуть безпосередньо проводити біологічні структури.
Процес удосконалення заснований на любові (милосерді та співчутті) та подяки.
Мабуть, важка металева музика та негативні слова схожі за негативним впливом на живі організми.

Вода реагує на думки та емоції оточуючих її людей, на події, що відбуваються з населенням. Кристали, що утворилися з щойно отриманої дистильованої води, мають просту форму добре відомих шестикутних сніжинок. Накопичення інформації змінює їх будову, ускладнюючи, підвищуючи їхню красу, якщо інформація добра, і, навпаки, спотворюючи чи навіть руйнуючи початкові форми, якщо інформація зла, образлива. Вода кодує інформацію нетривіальним чином. Потрібно ще навчитися декодувати її. Але іноді виходять «курйози»: кристали, що утворилися з води, що була поруч із квіткою, повторили її форму.

Грунтуючись на тому, що з надр Землі виходить ідеально структурована вода (кристал джерельної води), і кристали древнього антарктичного льоду також мають правильну форму, можна констатувати, що Земля має негентропію (прагнення самоупорядкування). Цю властивість мають лише живі біологічні об'єкти.

Отже, можна припустити, що Земля – живий організм.

Олег, дякую за відповідь, в принципі все зрозуміло, хочу вам відправити опис мікроскопа і наші фізики стверджують що за допомогою нього можна бачити зміну структури води за рахунок зміни будови молекул і атомів води (наприклад обертання електронів в іншу сторону). це думаєте? Мені цікава ваша думка, так експеримент по Волзі буде проходити саме в цьому напрямку а ось для того щоб зафіксувати результат досить швидко, я поки ні в кого (Емото це буде робити за допомогою заморожування, З Коротковим ми поки спілкувалися мало але він згоден бути там же) не побачила. Велике дякую!

Шановна Олено,

Для того щоб дослідити механізми кристалізації води та формування сніжинок можна використовувати простий світловий мікроскопзі збільшенням у 500 разів. Однак можливості світлового мікроскопа не безмежні. Межа роздільної здатності світлового мікроскопа задається довжиною світлової хвилі, тобто оптичний мікроскоп може бути використаний тільки для вивчення таких структур, мінімальні розміри яких можна порівняти з довжиною хвилі світлового випромінювання. Чим коротша довжина хвилі випромінювання, тим вона потужніша і тим вище її проникна здатність і роздільна здатність мікроскопа Кращий світловий мікроскоп має роздільну здатність близько 0.2 мкм (або 200 нм), тобто приблизно в 500 разів покращує людське око.

Саме за допомогою світлового мікроскопа відомий японський дослідник Масару Емото зробив свої дивовижні фотографії сніжинок та кристалів льоду та встановив, що жодні два зразки води не утворюють повністю однакових кристалів при замерзанні, і що їхня форма відображає властивості води, несе інформацію про той чи інший вплив, наданому на воду. Для отримання фотографій мікрокристалів крапельки води поміщалися в 50 чашок Петрі та різко охолоджувалися в морозильнику протягом 2 годин. Потім вони поміщалися у спеціальний прилад, що складається з холодильної камери та світлового мікроскопа із підключеним до нього фотоапаратом. Зразки розглядалися при температурі –5°С під збільшенням 200-500 разів. У лабораторії М. Емото було досліджено зразки води з різних водних джерел усього світу. Вода піддавалася різним видам впливу, такі як музика, зображення, електромагнітне випромінювання від телевізора, думки однієї людини та груп людей, молитви, надруковані та вимовлені слова.

Рис. Мікрофотографія сніжинки льоду отримана на звичайному світловому мікроскопі.

Існує кілька модифікацій світлової мікроскопії. Наприклад, в фазово-контрастний мікроскоп, Дія якого заснована на тому, що при проходженні світла через об'єкт фаза світлової хвилі змінюється згідно з коефіцієнтом рефракції об'єкта, завдяки чому частина світла, що проходить через об'єкт, виявляється зсунутою по фазі на половину довжини хвилі щодо іншої частини, чим і обумовлений контраст зображення. У інтерференційний мікроскопвикористовуються ефекти інтерференції світла, що виникають при рекомбінації двох наборів хвиль, що створюють зображення структури об'єкта. Поляризаційний мікроскоп призначений для дослідження взаємодії зразків із поляризованим світлом. Поляризоване світло нерідко дозволяє виявляти структуру об'єктів, що лежить поза звичайного оптичного дозволу.

Проте всі ці мікроскопи не дозволяють вивчати молекулярну структуру і всі вони мають один головний недолік - вони не є прийнятними для вивчення води. Для того, щоб проводити більш точні дослідження необхідно застосовувати складніші та чутливіші мікроскопічні методи, засновані на використанні не світлових, а електромагнітних, лазерних та рентгенівських хвиль.

Лазерний мікроскопбільш чутливий, ніж світловий мікроскоп і дозволяє спостерігати об'єкти на глибині більше одного міліметра, використовуючи явище флуоресценції, при якому фотони лазерного випромінювання, що володіє низькою енергією, збуджує здатну до флюоресценції молекулу або частину молекули в об'єкті, що спостерігається. флюорофонар. Результатом цього збудження є подальше випромінювання збудженими молекулами флюоресцирующего зразка флюоресцентного фотона, який посилюється за допомогою високочутливого фотопомножувача, що формує зображення. У лазерному мікроскопі промінь інфрачервоного лазера сфокусований за допомогою лінзи об'єктива, що збирає. Зазвичай використовується високочастотний 80 МГц сапфіровий лазер, що випромінює імпульс з тривалістю 100 фемтосекунд, що забезпечує високу щільність фотонного потоку.

Лазерний мікроскоп призначений для дослідження багатьох біооб'єктів, що містять флюорофорні групи. Зараз існують 3-мірні лазерні мікроскопи, які дозволяють отримувати голографічні картинки. Такий мікроскоп складається з пари водонепроникних відсіків, розділених камерою, до якої надходить вода. В одному з відсіків знаходиться синій лазер, який фокусується на крихітному отворі розміром з шпилькову головку, скануючи воду, що надходить в камеру. У другому відсіку навпроти отвору вбудовано цифрову камеру. Лазер генерує сферичні світлові хвилі, що поширюються у воді. Якщо світло потрапляє на мікроскопічний об'єкт (скажімо, бактерію) – відбувається дифракція, тобто молекула створює заломлення променя світла, яке фіксує камера. Флюорофори, що найчастіше використовуються, мають спектр збудження в проміжку 400-500 нм, у той час як довжина хвилі збуджуючого лазера знаходиться в проміжку 700-1000 нм (область інфрачервоних хвиль).

Однак, для досліджень структури води лазерна спектроскопія не підходить, оскільки вода прозора для лазерного випромінювання та флюорофорних груп не містить, а лазерний промінь із довжиною хвилі 1400 нм значно поглинається водою у живих тканинах.

Для структурного вивчення води може бути використаний рентгенівський мікроскоп, який заснований на використанні електромагнітного рентгенівського випромінювання з довжиною хвилі від 0,01 до 1 нанометра і призначений для дослідження дуже малих об'єктів, розміри яких можна порівняти з довжиною рентгенівської хвилі. Сучасні рентгенівські мікроскопи за роздільною здатністю знаходяться між електронними та світловими мікроскопами. Теоретична роздільна здатність рентгенівського мікроскопа досягає 2-20 нанометрів, що на два порядки більше роздільної здатності звичайного світлового мікроскопа (до 20 мікрометрів). В даний час існують рентгенівські мікроскопи з роздільною здатністю близько 5 нанометрів, але і такий дозвіл недостатньо для дослідження атомів та молекул.

‎Інша модифікація рентгенівського мікроскопа - лазерний рентгенівський мікроскоп використовує принцип лазерного променя на вільних електронах установки, яка генерує інфрачервоний промінь потужністю 14,2 кіловати з перетином 0,1 нанометра. Генерований промінь утворює плазмову хмару частинок при зустрічі променя з мікрочастинкою. Фіксовані при цьому зображення збуджених наночастинок мають роздільну здатність 1,61 мкр. Щоб отримати зображення молекул з атомарною роздільною здатністю, потрібні промені з ще більш короткими довжинами хвилі, то не «м'який», а «жорсткий» рентген

Рис. Схема лазерного мікроскопа рентгенівського.

1-Лазерне випромінювання

2 - Випромінене випромінювання

3 - Зона зустрічі лазерного випромінювання з часткою матерії

4 - Генератор частинок

5 -Фотосенсор - приймач спектру електромагнітних випромінювань збуджених елементів плазмової хмари

6 - Оптична лінза

7 - Вігглер

9 - Частка

10 - Поодинока параболічна кремнієва Х-лінза

У 2004 році Американський національний центр прискорювачів - лабораторія Джефферсона (Thomas Jefferson Lab, National Accelerator Facility) на установці FEL лазерний промінь формувала у вігглері - установці, що складається з потужних електромагнітів або постійних магнітів з полюсами, що чергуються. Через нього пропускається пучок електронів з високою швидкістю, що спрямовуються прискорювачем. У магнітних полях вігглеру електрони змушують рухатися сферичними траєкторіями. Втрачаючи енергію вона перетворюється на потік фотонів. Лазерний промінь, як і в інших лазерних установках, збирається і посилюється системою зі звичайних і напівпрозорих дзеркал, встановлених на кінцях вігглера. Зміна енергії лазерного пучка та параметрів вігглеру (наприклад, відстань між магнітами) дає можливість змінювати в широких межах частоту лазерного променя. Інші системи: тверді або газові лазери з накачуванням потужних ламп цього забезпечити не можуть.

Але все ж таки лазерний рентгенівський мікроскоп для нашої Росії – велика екзотика. Найпотужнішим з усіх існуючих мікроскопів є електронний мікроскоп, який дозволяє отримувати зображення з максимальним збільшенням до 10 6 разів, дозволяючи бачити наночастинки і навіть окремі молекули, використовуючи для їх освітлення пучок електронів з енергіями 100-200 кВт. Роздільна здатність електронного мікроскопа в 1000÷10000 разів перевищує роздільну здатність світлового мікроскопа і для кращих сучасних приладів може становити кілька ангстрем. Для отримання зображення в електронному мікроскопі використовуються спеціальні магнітні лінзи, що керують рухом електронів колоні приладу за допомогою магнітного поля.

Щоб отримати зображення великих молекул з атомарною роздільною здатністю, потрібно провести експеримент, використовуючи промені з ще більш короткими довжинами хвилі, тобто не «м'який», а «жорсткий» рентген. www.membrana.ru/print.html?1163590140

Електронний мікроскоп

Одним із найпотужніших з усіх існуючих мікроскопів є електронний мікроскоп, який дозволяє отримувати зображення з максимальним збільшенням до 10 6 разів завдяки використанню замість світлового потоку з енергіями 30÷200 кВт і більше. Роздільна здатність електронного мікроскопа в 1000÷10000 разів перевищує роздільну здатність світлового мікроскопа і для кращих сучасних приладів може становити кілька ангстрем. Для отримання зображення в електронному мікроскопі використовуються спеціальні магнітні лінзи, що керують рухом електронів колоні приладу за допомогою магнітного поля.

Зараз електронний мікроскоп - один із найважливіших приладів для фундаментальних наукових досліджень будови речовини, особливо в таких галузях науки, як біологія та фізика твердого тіла.

Рис. - фото праворуч - Електронний мікроскоп

Існують три основні види електронних мікроскопів.У 1930-х роках був винайдений звичайний електронний мікроскоп (ОПЕМ), що просвічує, в 1950-х роках - растровий (скануючий) електронний мікроскоп (РЕМ), а в 1980-х роках - растровий тунельний мікроскоп (РТМ). Ці три види мікроскопів доповнюють один одного в дослідженнях структур та матеріалів різних типів.

Але в 90-х роках минулого століття був створений мікроскоп, більш потужний, ніж електронний, здатний проводити дослідження на рівні атомів.

Атомно-силова мікроскопія була розроблена Г. Біннігом і Г. Рорером, яким за ці дослідження в 1986 присуджено Нобелівську премію.

Створення атомно-силового мікроскопа, здатного відчувати сили тяжіння та відштовхування, що виникають між окремими атомами, дало змогу проводити дослідження об'єктів на нанорівні.

Малюнок нижче. Вістря мікро-зонда (верх, взято з Scientific American, 2001, Sept, p. 32.) і принцип роботи скануючого зондового мікроскопа (взято з www.nanometer.ru/2007/06/06/atomno_silovaa_mikroskopia_2609.html#). Пунктир показаний хід променя лазера.

Основою атомно-силового мікроскопа служить мікрозонд, зазвичай зроблений з кремнію і являє собою тонку пластинку-консоль (її називають кантилевером, від англійського слова "cantilever" - консоль, балка). На кінці кантилевера (довжина - 500 мкм, ширина - 50 мкм, товщина - 1 мкм) розташований дуже гострий шип (висота - 10 мкм, радіус закруглення від 1 до 10 нм), що закінчується групою з одного або кількох атомів. При переміщенні мікрозонда вздовж поверхні зразка вістря шипа піднімається і опускається, окреслюючи мікрорельєф поверхні, подібно до того, як ковзає па грамплатівці патефонна голка. На кінці кантилевера (над шипом) розташована дзеркальна площадка, на яку падає і від якої відбивається промінь лазера. Коли шип опускається і піднімається на нерівностях поверхні, відбитий промінь відхиляється, і це відхилення реєструється фотодетектором, а сила, з якою шип притягується до прилеглих атомів - п'єзодатчиком. Дані фотодетектора та п'єзодатчика використовуються в системі зворотного зв'язку, яка може забезпечувати, наприклад, постійну величину сили взаємодії між мікрозондом та поверхнею зразка. В результаті можна будувати об'ємний рельєф поверхні зразка в режимі реального часу. Роздільна здатність атомно-силового мікроскопа становить приблизно 0,1-1 нм по горизонталі та 0,01 нм по вертикалі.

Інша група зондувальних мікроскопів, що сканують, для побудови рельєфу поверхні використовує так званий квантово-механічний «тунельний ефект». Суть тунельного ефекту полягає в тому, що електричний струм між гострою металевою голкою та поверхнею, розташованою на відстані близько 1 нм, починає залежати від цієї відстані – чим менша відстань, тим більше струм. Якщо між голкою і поверхнею прикладати напругу 10 В, цей «тунельний» струм може становити від 10 нА до 10 рА. Вимірюючи цей струм і підтримуючи його постійним, можна зберігати постійним та відстань між голкою та поверхнею. Це дозволяє будувати об'ємний профіль поверхні кристалів металів.

Малюнок. Голка скануючого тунельного мікроскопа, що знаходиться на постійній відстані над шарами атомів досліджуваної поверхні.

За допомогою скануючого тунельного мікроскопа можна не тільки рухати атоми, але й створювати передумови для самоорганізації. Наприклад, якщо на металевій пластині знаходиться крапля води, що містить іони тіолів, то зонд мікроскопа сприятиме такій орієнтації цих молекул, при якій їх два вуглеводневі хвости будуть звернені від пластини. В результаті можна побудувати моношар тіольних молекул, що прилипли до металевої пластини.

Малюнок.Ліворуч – кантилевер (сірий) скануючого зондового мікроскопа над металевою пластинкою. Справа – збільшене зображення області (обведена білим малюнку ліворуч) під зондом кантилевера, де схематично показані молекули тіола з сірими вуглеводневими хвостами, выстраивающимися в моношар біля кінчика зонда. Взято зScientific American, 2001, Sept, p. 44.

За допомогою скануючого тунельного мікроскопа д-р Анджелос Мікаелідес (Angelos Michaelides) із Центру нанотехнологій у Лондоні та професор Каріна Моргенштерн (Karina Morgenstern) із університету ім. Лейбниця в Ганновері досліджували молекулярну структуру льоду, про що була присвячена їхня стаття в журналі Nature Materials.

Рис. Зображення гексамеру води, отримане за допомогою скануючого тунельного мікроскопа. Розмір гексамеру в діаметрі - близько 1 нм. ФотоLondon Centre for Nanotechnology

Для цього дослідники охолоджували водяну пару над поверхнею металевої пластини, що знаходиться при температурі 5 градусів Кельвіна. Незабаром за допомогою скануючого тунельного мікроскопа на металевій пластині вдалося спостерігати кластери води – гексамери – шість з'єднаних між собою молекул води. Дослідники також спостерігали кластери, що містять сім, вісім та дев'ять молекул.

Розробка технології, що дозволила отримати зображення кластера води - саме собою важливе наукове досягнення. Для спостереження довелося скоротити зондуючий струм до мінімуму, що дозволило оберігати слабкі зв'язки між окремими молекулами води від руйнування внаслідок процесу спостереження. Крім експериментів, у роботі було використано теоретичні підходи квантової механіки. Отримано також важливі результати про здатність молекул води до розподілу водневих зв'язків та їх зв'язку з поверхнею металу.

Крім мікроскопії існують і інші методи вивчення структури води - спектроскопія протонного магнітного резонансу, лазерна та інфрачервона спекроскопія, дифракція рентгенівських променів та ін.

Інші методи дозволяють вивчати динаміку молекул води. Це експерименти з квазіпружного розсіювання нейтронів, надшвидкої ІЧ-спектроскопіїта вивчення дифузії води за допомогою ЯМРабо мічених атомів дейтерію. Метод ЯМР-спектроскопії заснований на тому, що ядро атома водню має магнітний момент – спин, що взаємодіє з магнітними полями, постійними та змінними. По спектру ЯМР можна будувати висновки, у якому оточенні ці атоми і ядра перебувають, отримуючи, в такий спосіб, інформацію про структуру молекули.

Дифракцію рентгенівських променівта нейтронів на воді вивчали багато разів. Проте докладних відомостей структурі ці експерименти дати що неспроможні. Неоднорідності, які різняться по щільності, можна було побачити по розсіянню рентгенівських променів і нейтронів під малими кутами, проте такі неоднорідності мають бути великими, які з сотень молекул води. Можна було їх побачити, і досліджуючи розсіяння світла. Однак вода – виключно прозора рідина. Єдиний результат дифракційних експериментів - функції радіального розподілу, тобто відстані між атомами кисню, водню і кисню-водню. Ці функції води загасають набагато швидше, ніж більшість інших рідин. Наприклад, розподіл відстаней між атомами кисню при температурі, близької до кімнатної, дає лише три максимуми, на 2,8, 4,5 та 6,7 Å. Перший максимум відповідає відстані до найближчих сусідів, та його значення приблизно дорівнює довжині водневого зв'язку. Другий максимум близький до середньої довжини ребра тетраедра - пригадаємо, що молекули води в гексагональному льоду розташовуються по вершинах тетраедра, описаного навколо центральної молекули. А третій максимум, виражений дуже слабко, відповідає відстані до третіх і більш далеких сусідів водневою сіткою. Цей максимум і сам не дуже яскравий, а про подальші піки й казати не доводиться. Були спроби отримати більш детальну інформацію з цих розподілів. Так було в 1969 року І.С. Андріанов та І.З. Фішер знайшли відстані аж до восьмого сусіда, при цьому до п'ятого сусіда воно дорівнювало 3 Å, а до шостого - 3,1 Å. Це дозволяє робити дані про дальнє оточення молекул води.

Інший метод дослідження структури – нейтронна дифракціяна кристалах води здійснюється так само, як і рентгенівська дифракція. Однак через те, що довжини нейтронного розсіювання різняться у різних атомів менш сильно, метод ізоморфного заміщення стає неприйнятним. Насправді зазвичай працюють із кристалом, у якого молекулярна структура вже приблизно встановлена іншими методами. Потім для цього кристала вимірюють інтенсивність нейтронної дифракції. За цими результатами проводять перетворення Фур'є, у ході використовують виміряні нейтронні інтенсивності і фази, обчислювані з урахуванням неводневих атомів, тобто. атомів кисню, становище яких у моделі структури відоме. Потім отриманої в такий спосіб фурье-карте атоми водню і дейтерію представлені з набагато більшими вагами, ніж карті електронної щільності, т.к. Внесок цих атомів у нейтронне розсіювання дуже великий. За цією картою щільності можна, наприклад, визначити положення атомів водню (негативна щільність) та дейтерію (позитивна щільність).

Можливий різновид цього методу, який полягає в тому, що кристал льоду перед вимірами витримують у важкій воді. У цьому випадку нейтронна дифракція не тільки дозволяє встановити, де розташовані атоми водню, але й виявляє ті з них, здатні обмінюватися на дейтерій, що особливо важливо для вивчення ізотопного (H-D)-обміну. Така інформація допомагає підтвердити правильність встановлення структури. Але всі ці методи досить складні і вимагають проведення потужної дорогої техніки.

В результаті експериментів з квазіпружного розсіювання нейтронів у кристалах води було виміряно найважливіший параметр - коефіцієнт самодифузії при різних тисках і температурах. А новітні методи фемтосекундної лазерної спектроскопіїдозволили оцінити час життя як окремих кластерів води, а й час життя розірваної водневого зв'язку. Виявляється, кластери досить нестійкі і можуть розпадатися через 0,5 пс, але можуть жити кілька пікосекунд. Але це час не перевищує 40 пс, а середнє значення - кілька пс. Однак усе це середні величини.

Вивчити деталі будови та характеру руху молекул води можна і за допомогою комп'ютерного моделювання, що називається іноді чисельним експериментом, що дозволяє дослідникам розраховувати нові моделі води.

З повагою,

К.х.н. О.В. Мосін