Исследование зависимости спектра свечения кирлиан от химического состава объекта и окружающей его газовой атмосферы

Абдулов И.И., Алтынбаев Е.В., Бабич А.Ю., Иванов И.П., Котович И.А., Тишкин Э.Ю., Тюрин С.С.

Лицей физики, математики, информатики №40 при Ульяновском государственном университете, Экспериментальная творческая группа «Солярис» Solaris@ulsu.ru

В современной кирлианографии используются две основные характеристики светящейся короны: её геометрическая структура и цвет . Геометрическая структура свечения анализируется в современных кирлиан?приборах достаточно детально. Так, в приборах на основе «ГРВ?камеры», созданных профессором Коротковым К.Г., анализируются в статическом и динамическом режимах такие параметры, как «общая площадь засветки», «коэффициент фрактальности», «изрезанность наружного контура», «коэффициент формы», «общая яркость», «энтропия по изолинии» и др., производится секторный анализ свечения по данным параметрам. Все перечисленные параметры имеют отношение к геометрической структуре свечения. Цвет же (спектр) короны не анализируется в современных кирлиан?приборах столь детально. Авторы считают, что исследование спектра свечения Кирлиан может дать важную информацию, как о природе самого свечения, так и об изучаемых объектах. Учёт и анализ спектрального состава свечения может раскрыть новые грани метода ГРВ.

Как известно, при визуальном наблюдении свечение Кирлиан имеет фиолетовый цвет, и основная излучаемая им энергия сосредоточена в ультрафиолетовом и фиолетовом спектральных диапазонах (см.[1], стр.62-67). При использовании в качестве фотоприёмника цветных фотоматериалов, на них иногда появляются красные цвета, которые, по мнению ряда авторов (Н.Милхоменс и др.), свидетельствуют о патологии исследуемого человека. Однако, профессором Коротковым К.Г. в результате исследования таких кирлианограмм было установлено, что появление красных цветов на фотоплёнке обусловлено засветкой её красного слоя снизу, через противоореольный слой, при неплотном прилегании фотоплёнки к нижнему электроду и возникновении свечения в этой области (см.[1], стр.65?66). Таким образом, в данном случае красный цвет не является настоящим цветом свечения . Формирование кирлианограмм в этом случае сходно с таковым в методе дистантной плазмографии В.М.Бондарева [4]: контактное изображение фиксируется синим слоем фотоплёнки, а дистантное ? её красным слоем.

Задачей данной работы было исследование зависимости спектра свечения Кирлиан от химического состава металлических объектов, насыщенных растворов, воды и газовой атмосферы вокруг объекта .

В качестве металлических объектов брались кусочки металлов ( Al , Zn, Fe , Cu , Sn + Pb ) размером 5?10 мм. Растворами (AlCl 3 , BaCl 2 , CaCl, CuCl 2 , KCl , LiCl, MnCl 2 , NaCl , ZnCl, глюкозы) и водой пропитывались ватки размером около 10 мм., которые использовались в качестве объектов. Объекты располагались на диэлектрической подложке (лавсан толщиной 100 мкм), под которой находился нижний электрод (алюминиевая фольга толщиной 15 мкм). На объект и нижний электрод подавалось переменное биполярное напряжение 5 кВ с частотой 1000 Гц. Спектры свечения регистрировались модернизированным монохроматором МСД?2 кафедры оптики и спектроскопии твёрдого тела УлГУ, работающим в интервале 200?800 нм. В качестве фотоприёмника в монохроматоре используется фотоэлектронный умножитель H 6240?01 фирмы Hamamatsu.

Для проверки присутствия в полученных нами спектрах атомарных линий элементов, входящих в состав изучаемых объектов, мы наложили на эти спектры наиболее яркие линии данных элементов из таблиц Зейделя [3] и других источников [5]. Анализ полученных спектров позволил нам сделать вывод об отсутствии зависимости спектра свечения от химического состава указанных металлических объектов и жидкостей , поскольку все спектры имеют одинаковый вид (см. на рис. 1 кривую для воздуха) и основные атомарные спектральные линии элементов, входящих в состав объекта, подложки и нижнего электрода, не соответствуют линиям свечения.

Проведённые эксперименты также свидетельствуют об отсутствии зависимости спектра свечения от влажности окружающего объект воздуха , поскольку ватки с растворами и водой сильно нагревались в процессе снятия спектра и создавали повышенную влажность внутри камеры, что не приводило к изменению спектров по сравнению с металлическими объектами, которые повышенной влажности не создавали.

Приведённые результаты не исключают, конечно, того, что отдельные объекты могут флюоресцировать под действием ультрафиолетового компонента свечения и давать, тем самым, новые линии в спектре. Этот вопрос требует дополнительного изучения.

Для исследования свечения в атмосфере различных газов использовались герметичная газовая Кирлиан?камера объёмом 240 мл. с трубочками и краниками для запуска и выпускания газов, с кварцевым окошком для наблюдения свечения. В качестве объекта во всех экспериментах с газами использовался каплевидный электрод размером 3 мм., изготовленный из припоя ПОС?61 ( Sn + Pb ), наплавленный на кончик медной проволоки. В качестве материала диэлектрической подложки вместо лавсана использовалась слюда толщиной 30 мкм. по причине её большей стойкости к пробою и опасности возгорания лавсана в атмосфере кислорода.

Исследовались наиболее распространённые и биологически значимые газы, основные компоненты воздуха: азот ( N 2 ), кислород ( O 2 ), углекислый газ ( CO 2 ) и аргон ( Ar ) . Эксперименты проводились при давлении газов, равном атмосферному.

В полученных спектрах идентифицированы (см. рис. 1): линия атомарного азота N II : 399,5 нм.; молекулярные линии азота : линия второй положительной системы N 2 : 337,2 нм . (она является самой интенсивной в спектре свечения в воздухе); линия молекулярной полосы N 2 : 357,6 нм. и линия первой отрицательной системы N + 2 : 391,4 нм.; линии аргона : 394,9 нм., 404,44 нм. (наиболее яркая из них ? последняя).

Спектр свечения в азоте не имеет выраженных отличий от свечения в воздухе. При заполнении камеры углекислым газом сглаживаются и ослабляются все линии и полосы, спектр становится практически равномерным (см. рис. 1). На вид свечение в атмосфере CO 2 имеет белый цвет с сине?зелёными оттенками. Оно хорошо отличимо по цвету от фиолетового свечения в воздушной атмосфере. Другие исследованные газы не дают такого заметного видимого отличия по цвету. При заполнении камеры кислородом усиливаются линии и полосы, лежащие в интервале 200 ? 280 нм. (см. рис.2), включающем в себя известный континуум Герцберга (200 нм. < ? < 242,4 нм.). При заполнении камеры аргоном усиливаются линии аргона 394,9 нм. и 404,44 нм. и появляется ряд линий и полос в видимой и инфракрасной частях спектра с ? > 450 нм. (см. рис. 3). Особенностью свечения в аргоне является существенное увеличение размера скользящего разряда вокруг объекта при неизменном напряжении источника. Мы наблюдали, как при заполнении камеры аргоном толщина светящейся кромки вокруг объекта увеличивалась с 1 ? 1,5 мм. до 4 — 5 мм., т.е. в 4?5 раз . В других исследованных нами газах достоверного изменения размера скользящего разряда мы не зафиксировали.

Основываясь на этих данных, можно предложить использовать в ГРВ?приборах свечение биологических объектов в атмосфере аргона . Данный метод позволит понизить величины используемого напряжения, а значит, деструктивное воздействие процедуры исследования на объект, либо увеличить время воздействия, либо уменьшить чувствительность фотоприёмника. Кроме того, это приведёт к снижению отрицательного воздействия на живой объект и исследователя озона, окислов азота и других веществ, образующихся при свечении в воздушной атмосфере, а также всевозможных плазмохимических реакций, протекающих на границе воздуха и объекта. Для практической реализации данного метода достаточно осуществить незначительную модификации выпускаемых сейчас ГРВ?камер, связанную с герметизацией их рабочей области и возможностью её продувания тем или иным газом.

Другим возможным направлением модификации ГРВ?камер может быть использование приведённых выше особенностей спектров свечения в атмосфере CO 2 и O 2 для исследования поверхностной структуры газообмена кожи и растений методом ГРВ .

Известно, что кожа человека активно осуществляет газообмен, который составляет 1?2% всего суточного лёгочного газообмена организма (Коротков К.Г., [1], стр.73). Характер газообмена сильно отличается у биологически активных точек и зон кожи (усиленное поглощение O 2 и повышенные обменные процессы) и связан с деятельностью головного мозга (Дульнев Г.Н., [2], стр.142). Наиболее активно выделяемым кожей газом является CO 2 , а наиболее поглощаемым ? O 2 , причём интенсивность этих процессов сильно зависит от состояния здоровья человека (Коротков К.Г., [1], стр.73?74). Растения осуществляют газообмен (выделение-поглощение CO 2 и O 2 ) посредством листьев.

Снимая ГРВ?граммы кожи человека, либо листьев растений в спектральном диапазоне 200 ? 280 нм., можно проследить за динамикой кислорода вблизи изучаемого объекта, а регистрируя области с равномерным («белым») спектром ? отслеживать выделение и поглощение CO 2 . Можно проводить подобные исследования, предварительно поместив объект в атмосферу аргона или азота.

Особенности свечения объектов в CO 2 необходимо учитывать при анализе любых ГРВ?грамм: тёмные участки, разрывы свечения могут быть обусловлены не только изменением электрических и эмиссионных характеристик кожи вблизи этих участков, но и повышенным выделением ими CO 2 , присутствие которого подавляет основные линии и полосы свечения.

Общий вывод, который можно сделать из проведённого исследования, заключается в том, что спектр свечения Кирлиан определяется, в основном, химическим составом газовой атмосферы вокруг объекта . Таким образом, ставится под сомнение гипотеза о неких неизвестных субстанциях, окружающих объект и светящихся различными цветами в переменном электрическом поле высокого напряжения. Впрочем, для убедительного решения проблемы о природе свечения Кирлиан необходимо провести детальные спектроскопические исследования свечения живых объектов.

Литература

1. Коротков К. Г . Основы ГРВ биоэлектрографии. СПб: Из-во СПбГИТМО, 2001.
2. Тезисы IX Международного научного конгресса по биоэлектрографии «Н.И.С». ? СПб, 2005 г
3. Таблицы спектральных линий /Зейдель А.Н., Прокофьев В.К. и др. ? 4-е испр. и доп. изд. изд.-М.: Наука,1977.-798с.
4. Сайт В.М.Бондарева: http :// www.vadimbo.narod.ru /; e ? mail : vadim_bo@nets.kz
5. Эмсли Дж. Элементы: Пер. с англ. — М.: Мир, 1993. — 256 с., ил.

Рис.1. Спектры свечения Кирлиан в воздухе и углекислом газе с наложением идентифицированных линий (вертикальные линии). Самые яркие линии изображены сплошными линиями, длины их волн выделены жирным шрифтом, менее яркие ? изображены пунктирными линиями. ВПС N 2 ? вторая положительная система азота. ПОС N + 2 ? первая отрицательная система азота.