3. 结果

　　分别给出了测量得到的 ELFEM场处理的去离子水的介电驰豫谱和作为对照的流经未开启电源的电磁场处理装置的去离子水的介电驰豫谱，可以清楚地看到，ELFEM场处理水的介电常数几乎在每一个频率点上都显著高于由未处理水得到的介电常数。平均地讲，在 1-10 GHz频率范围内，ELFEM场处理水的介电常数比未处理水高3.7%。超低频电磁场处理和未处理的去离子水的介电驰豫谱可以由介电驰豫谱 ε"(ν)按下式计算出 ELFEM场处理水和未处理水的电导率谱 σEM(ν)和 σC(ν) [11]: σ(ν) = 2πνεoε″(ν) (1)式中，ε o是真空里的介电常数，其值为 8.84 x 10 -12 F/m。计算得到的 ELFEM场处理水和未处理水的电导率谱示于，可以看到，超低频电磁场处理并不引起去离子水电导率的任何改变。

　　4. 讨论

　　本研究发现，去离子水经过超低频电磁场处理后的介电驰豫谱明显提高，然而，与预期一样，超低频电磁场处理并不引起去离子水电导率的改变，这是因为超低频电磁场既不会改变去离子水的成分，也不会改变水中残存的离子浓度。因此，超低频电磁场处理不改变去离子水电导率的结果可以作为一个旁证，表明观察到的去离子水介电驰豫谱的变化不是由实验测量中的任何系统误差造成的水是由一个个磁偶极矩为 μ Ι水分子组成的物质，介电驰豫谱测量的是水的总磁偶极矩M(t) = Σμi(t)对一个与时间有关的外部电磁场的反应，这使得介电驰豫谱的测量能够监测分子集合体的集体运动，这一点是核磁共振和拉曼光谱等方法做不到的，因为核磁共振和拉曼光谱等方法主要给出的是单个分子的信息。科克伍德(Kirkwood)最早提出了下面这个著名的公式来计算水的介电常数:公式中，ε是水的介电常数， N O是阿佛加德罗常数，M是水的分子量，k是波尔茨曼常数，α是水分子的极化率，μ是水分子的磁偶极矩，g是科克伍德相关性因子，它反映了周围分子的非随机性取向的影响，T是温度。基于这一公式，我们可以知道，介电常数的增大意味着超低频电磁场处理水的分子极化率 α增大。由于分子极化率决定了水的高级结构，H 2O偶极子的取向和水中氢键的夹角就有可能改变。在物理学尚未解决的问题中，液态水的性质是最重要的问题之一，其所以重要，不仅在于它的许多基础方面，还在于它对生命的影响。科学已经不断地指出和证明静电场效应是把生物分子的结构与它的功能联系起来的重要因素，现在很清楚地知道，静电效应在酶的催化、电子转移、质子转运、离子通道、配体结合、大分子组装和信号转导方面起着重要作用。人们还知道，包括多肽和多糖在内的所有生物大分子都有几条具有一定折叠能力的不易弯曲的链，表示水合蛋白质中 -NH+和 CO之间形成单个水分子桥的概念示意图;(b)分离一个电荷对所需要做的功，蛋白质那样的大分子多聚物骨架上在空间上不能复位的空间电荷分离产生了一个储存能量的静电场。这是因为在它们的骨架序列中含有若干刚性的环状结构和双胺

　　键，大分子的这种结构造成了正电荷和部分负电荷之间在空间上不能复位的电荷分离，这种电荷分离造成大分子静电能量的增加，作为一个概念性的图示，图 4(a)表示水分子与蛋白质的结合使氨基基团和羧基基团之间的距离增大。图 4(b)则表示，在真空里将生物大分子上的氨基和羧基 (即 NH +和 CO-)分开所需要做的功是 [26]：在水里所需要做的功则变成：式中， q1和 q2分别是 NH +和 CO-基团上的电荷， s0和 r12分别是真空和水里 NH +和 CO-基团之间的距离，ε v和εw分别是水在真空和水里的介电常数。由(4)式可知，在介电常数为 ε w的水中分离 NH +基团和 CO-基团所需做的功比在真空中分离它们所需做的功减少了 ε v/εw倍，因此，与未处理的水相比，在 ELFEM 场处理的水中分离 NH +基团和 CO-基团所需做的功便进一步减小了 ε * (v)/ε*(v)倍 (该比值为1.037，emc见本文“结果”部分 )，也就是说，在 ELFEM场处理的水里分离 NH +和 CO-所需做的功要比在未处理水中需要做的功低3.7%，分离 NH+基团和 CO-基团所需做的功的减小意味着被超低频电磁场处理的水合的蛋白质的自由能减小，是说，如果超低频电磁场处理的水能够进入细胞和置换原先结合的水，并完全或一定程度地保持它的介电特性，细胞内的蛋白质的自由能将减小。事实上，“高介电常数水中大分子的自由能降低”这一结论也可以较容易地由热力学导出，结合了水的大分子的自由能ΔG = ΔH -TΔS是负的静电场焓 ΔH减去由水分子的介电排列所增加的有序性提高带来的负熵变化 ΔS所贡献的能量，熵越负，自由能越低。我们还知道，自由能对蛋白质的稳定性、蛋白质折叠、蛋白质的构象变化和酶的催化活性都有重要意义，蛋白质的自由能函数还是计算预测蛋白质结构与功能的关键参数。

　　最后，必须指出，上述所有讨论都是基于这样一个假设，即：电磁场处理的水在进入人体和活细胞后可以完全或一定程度上保持它的高介电性质，这个假设看来是合理的，但强有力的证据还有待获得，进一步的研究将是必要的。

　　致谢作者衷心地感谢清华大学新型陶瓷和精细加工国家重点实验室的勾焕林博士为本研究所做的水的介电驰豫谱的测量，并衷心感谢为本实验提供超低频电磁场发生器的广东骏丰频谱股份有限公司。