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この材料はLucaのTurinの仕事を説明し、公表することである。 LucaのTurinは物質の臭いが分子の振動の頻度に基づいていること理論を開発した。 詳しい話はChandlerのBurrの本でにおいの皇帝与えられる: 感覚の香水、Obessionおよび最後のミステリーの物語。 Burrの本は生命の香水そして他の楽しい臭いを秘蔵するだれでものための壮麗な経験である。 さらにBurrは人種のすばらしいメンバーに読者を、心そして非道なユーモア楽しくであって下さいLucaのTurin導入する。 しかしここの材料はにおいの皇帝の検討より多くである。 それはBurrが賢明に一般大衆のための本から去ることを選び、彼が含んだ材料の一部に互い違いの説明を提供する技術的詳細のいくつかに入る。
厳密に言えばLucaのTurinによって開発された嗅覚の理論は彼と起きなかったが、彼はそれを開発した科学的なサポート人であり。 物質の臭いがジャーナル化学および工業の1977問題のR.H.のWrightによる記事からの分子の振動の頻度定められるという考え見つけられる1985年のTurin。 彼の回転のWrightは化学および企業のためのイギリスの社会に1938でそれを示したMalcolmのDysonの仕事から考えを得た。 Burrは引用し言うようにDysonを、
それは人間の鼻がどうかして人間の肉から成っている種類の分光器を収容すること、紳士ようである。
これは理論をである不可能とてもまずないに関してようである作ったのでDysonの部品の目立って不運な言葉の選択だった。 ナンセンスとしてそれを退去させるために形態は保証されることそれを聞くだれでも。 嗅覚のこの性格描写の問題は科学器械に単一の器械に言及することただである。 私達がメカニズムを本質的特徴は含まれる多数の単位あることであることを私達が見る人間の目の仕事考慮すれば: 赤、緑および青の円錐形および無彩色スケールの棒。 そしてこれらの幾分簡単な単位と人間の目は電磁石の振動の頻度を検出し、区別。 人間の目は分光計であるが、科学器械より完全に異なった主義を作動させる。 次に出る何が材料から色がライトの特性でないという理解、それである電磁石放射への目の円錐形の相対レスポンスの結果である。
目の網膜は軽い放射に選択式に敏感である化学薬品を含んでいる円錐形と呼ばれる小さい器官を含んでいる。 ライトの異なった頻度に異なった感受性がある3つのタイプの円錐形がある。 放射の頻度は波長と逆に関連している。 波長を視覚化することは頻度より容易である従って続くものがで波長は使用される。 波長はマイクロメートルに表現される; すなわち、メートルの百万番目で。
次のグラフは波長の機能として3つのタイプの円錐形の感受性を示す。
いわゆる赤灯に最も敏感の円錐形の明らかな名前は緑および青の円錐形のため赤い円錐形同様にであり。 それは赤い円錐形が赤灯にだけ敏感であることでない; それは感受性が赤灯のために最も大きいことである。
赤および緑の円錐形のための効率のカーブは(すなわち、丁度等しくがであって下さい)交差する0.56 μm.についての波長の放射のために。 目は0.56のμmの放射を見るとき赤および緑の円錐形を約均等に刺激する。 赤および緑の円錐形の近く等しい刺激の視覚認識は黄色味である。 マイクロウェーブ放射にか電波に色があるより波長0.56のμmの放射もう黄色くない自体は。 黄色味は赤および緑の円錐形の等しい刺激から来る。 0.58のμmおよび0.54のμmの波長の等しい強度の放射を含むライトは、赤および緑の円錐形のための最高の効率の波長、また黄色灯として感知される。 認識の黄色味を緩和する0.54のμmの放射によって青い円錐形の刺激が行う。 しかし一般に赤および緑の円錐形の等しい刺激および青い円錐形の僅かな刺激与える光波のどの組合せでも黄色として感知される。
白い色はすべての3つの円錐形の等しい刺激から来る。 バイオレットは赤および青の円錐形の等しい刺激から来る。 これは緑の円錐形およびより短い波長青い円錐形ない緑の円錐形を刺激するようにライトを刺激しないで赤い円錐形を刺激するために長波長で構成されるライトから来なければならない。 そう黄色いのようであるが、すみれ色のようである単一の波長ライトがある場合もない単一の波長ライトがある場合もある。
円錐形の受容器のための効率のカーブは示されがゼロに行くように上記の図表で、ガウスカーブのようにゼロに多分漸近的に衰える。 これを言うための理由は赤外線ライトを出す感知されることであり深いルビー色の赤であるとしてレーザーからの非常に高輝度ライトが。 赤外線に色がないが、認識の効率が小さい非ゼロの効率のカーブの尾の赤い円錐形を刺激するほど強度は大きいではない。
感知目ができる何百万の色はである。 これは各タイプの円錐形がdecernだけ強度の異なったレベルの約百を必要とすることを意味する。 色の微分のこの比較的簡単なメカニズムの結果はその波長および頻度へ感受性科学的な分光計の競争相手である。
今人間のヒアリングを考慮しなさい。 中耳の器官は音波の異なった頻度をかなりよく検出し、区別する。 含まれる秘密の物理学がない。 複雑のすべては共鳴の現象である。 それらの頻度で刺激されれば応答で振動することひもでつながれた楽器のような物理構造に共鳴頻度がそのような物ある。 共鳴は刺激の波長が共鳴器の波長の必要な一部分であると起こる; 例えば、刺激の波長は共鳴波長の1つの半分または4分の1である。
1つの頻度の連続的な音が一組の共鳴器に衝突したら音と同じ波長がある1があってもよい。 共鳴器はまたは閉まる1つの端との異なった長さの管それぞれ張力の下に何も異なった長さの一連よりである必要がない多く。 健全なwasveと同じ共鳴波長のの装置は共鳴し、振動は注目されることができる。
中耳の場合には共鳴器の連続は先を細くされたチャネルを持っていることによって作成される。 刺激が音波がチャネルの幅が音波共鳴の波長の整数倍であるチャネルのポイントにおよび達する起こるとき共鳴によって作成される物理的な動きはチャネルの微細な毛に囲むこうして聴覚神経を刺激することを移る。 それはすべての美しく簡単かなり有効、美しく有効でありではない。
上記の図式的な図表では、健全なビームはチャネルのより低い左手のコーナーでチャネルを書き入れる。 それは壁からチャネルを渡って反映される移動する。 それrecrossesただ反映されるべきチャネル。 ビームが右にチャネルを渡って前後に移動すると同時にチャネルの幅は減る。 いつかチャネルを渡る道の間隔は音の波長に一致させるかもしれ、共鳴は起こる。
中耳で先を細くするチャネルは小型であることのための螺線形にコイル状であるが、機能は同じに残る。
目および耳はある感覚の頻度で測定する人間器官の2つの例を提供する。 耳は空気の機械振動に答える。 これは洗練された問題でないが、電磁石放射への目の応答は不可能それそう信じ難かったようであろう何かである。
コロンビア大学のLindaのBuckは約191の臭いの受容器を発見した。 それらは上部の鼻道のティッシュのサムネイルサイズ分けのパッチにある。 これらの受容器の操作のためのメカニズムはまだ確立されていないが、それらが臭いの感覚を作り出すものがであること一般協定がある。 それはまた何異なったタイプのそこのこれらの受容器があるか知られない。 これは人間が感知できる異なった臭気の数の決定の重大な要因である。
実際の分子の振動の頻度の計算は複雑で、困難な計算である。 分子の非常に単純化モデルを最初に考慮することは価値がある。 次のイメージでは塩素のモデル、Cl2描写される。 塩素原子を表す2つの球は伸びるか、または曲がることができる細長い結束によって接続される。
原子にmの等しい固まりがあり、結束に伸縮性kが、加えられる力の単位ごとの延長ある。 物理的な分析は結束の伸縮性がある力の下に球の動きのための同等化を確立する。 この同等化に、微分方程式、循環的である球(結束の伸張)の前後の動きのための解決がある。 この動きの頻度νはkにm.の比率の二乗根と等しい。
従ってと同時に原子の固まりが増加する頻度はとらわれの増加の弾力性がそう振動の頻度をすればの下で行く。 しかし固まりが倍増すれば頻度はそれがそうだったもののそれがだったが、代りに約71% (1の半分の二乗根)ものの1つの半分にならない。
Cl2、H2、O2およびN2たった1つの振動モードがのような2原子の分子の場合には、結束の伸張ある。 2以上atomicsの分子のためのより多くの振動モードがある。 n原子の分子の振動モードの数のための簡単な方式はある
n原子にそれぞれ3Dスペースで位置のための3つの自由度がある。 分子は重心の見通しから見られる。 分子の位置そしてオリエンテーションの指定は重心の位置で3つの自由度および分子のオリエンテーションの角度で3つの自由度の上で使用する。 従って分子内のそして振動モード一般に自由度は3n-6である。 どんな原子によってが直線に沿うすべてのうそそれ角度が分子にそのラインについてあるかしかし重要でなければ、それ故に自由度は3n-5である。
どの2原子の分子でも自動的に線形分子である。 2原子の分子の振動モードのそして数自由度は3(2)-5=1である。 従って2原子の分子の唯一の振動モードは結束の伸張/引き締まることである。
水分子H2Oに約作る2水素の結束が107°の角度をある
水分子のための自由度は3(3)-6=3である。 これらは次のとおりである: 1。 結束2の対称的な伸張。 結束3の非対称的な伸張。 結合角の切ること。
二酸化炭素の分子にラインで3個の原子がある。 従って自由度は3(3)-5=4である。
次に振動モードは曲がる振動の対称および非対称的な伸張および2つのモードである。 曲がることの2つのモードの振動の頻度は等しい。
次に描写される分子は3つの水素原子(青で)と窒素原子間の結束の表示なしにアンモナル分子である(オレンジで)。
この分子にそれと結束の伸張と関連付けられるすべての動きが持っているこれらの動きの組合せおよび結合角の切ることをある。 アンモナル分子の振動モードの数は3(4)-6=6である。
次にメタンの分子CH4の描写がある。
水素原子はピラミッドの中心で(青で)炭素原子(黒)が付いている四面体のピラミッドのコーナーを形作る。 メタンの構造にまた振動モードの豊富なセットがある。
(続けられるため。)
鏡像体は左手および右手が同一の部品間の同じ部分そして同じ連結を持っている2つの構造であるが、同じように同一でない。 の下で互いの鏡像体である分子に描写される。
1分子がのまわりで従って回れば黄色および緑原子に同じ直線がある他のための赤い原子が後ろある一方1のための赤い原子によってが前部にそれからある。 赤い原子が固定および握られれば1分子は回る従って黄色および緑原子は上でそれから1の分子に持っている青い原子を一致させ、他に底でそれがある。
波現象は、音波のような周期を通って、行く。 音波の場合にはそれは圧力の変動である。 圧力が背景のpressureと等しいスタート地点からそれは背景圧力の上のレベルに増加したりそして背景圧力に戻って減る。 しかしこれは完全な周期でない。 圧力が背景圧力に上昇バックアップの前に背景圧力の下でレベルに減る第2段階がある。 これは完全な周期である。 圧力が完全な周期を通って行くこと毎秒回数は音波の頻度と呼ばれる。 の下で音波のために圧力で偏差のグラフをそのうちに示されている。
音楽スケールのAのノートに440サイクル／秒の頻度がある。 そのノートの波長は75.3 cmである。 波および波長の頻度のプロダクトはその波の速度と等しい。
音速は温度および圧力と変わる。 32° F (0° C)および速度14.7 psi (100,000のパスカル)のの基準状態の下に毎秒(741マイル毎時) 331.3メートルはある。 音にかかわる圧力の変化は偽りなく極めて小さい、100,000のパスカルの背景圧力と比較されるパスカルの約0.1。
の下で頻度と波長間に反対関係があるという別の頻度の3つの波の箱をおよび波長および事実示されている。
頻度か波長は波現象の量を示すのに使用することができるが別の測定はまた、波数使用される。 wavenumberは波長の相互、または同等に波の速度で分けられる頻度単にである。 音楽スケールのAのノートの場合にはwavenumberは0.0133 cm-1である。 音の場合には、波数は特に便利な測定でないし、どちらも電磁石放射のためそれでない。 黄色灯に5.5×10-5 mの波長が約あり、それ故にwavenumberは1.82×106 m.である。 しかし分子振動のため波数は波を記述する便利な方法である。 分子振動のためのwavenumbersは100 cm-1から10,000 cm-1の範囲にある。
(続けられるため。)
基本的な性質に減るLucaトゥーリン理論は鼻の受容器が分子の異なった基本振動に答え、それが臭いの感覚を作り出すことである。 本当らしいがいくつかの異なったタイプの振動の異なった範囲に答える受容器ある。 3つのタイプだけの目の何百万の色の網膜の受容器を使うと顕著である場合もある。 鼻にかなりにより3つのタイプがあるかもしれない。 Lucaトゥーリンは特徴付けが、重複の範囲を持っているとして臭いの受容器をそれは必ずしも事実でなくてもよろしくなく。 覆いを取られた範囲があることができ、そのような覆いを取られた範囲でだけ振動を持っている分子に臭いがない。 従ってヘリウム、ネオンおよびアルゴンの気高いガスのようなある物質にモノラル原子でなく、内部構造振動がある。 トゥーリンの理論の下でそれらに臭いがない。 内部構造振動臭いがない窒素N2の2原子の分子のような他の分子がおよび酸素O2ある。 smell-lessの振動に臭いの受容器によってカバーされた範囲の外の頻度があることができる。
トゥーリンの理論への代わりは臭いの形理論である; 分子のすなわち臭いは形によって定められる。 形理論のための証拠の1つの表面上は決定的なビットは同一の振動異なった臭いがあるある鏡像体があることだった。 分子の鏡像体は同じ原子があるが、形で左手によってが右手と異なる同じ方法異なる1つ。 鏡像体の大半が同じ臭いを持っていることをLucaトゥーリンは指摘する。 しかし1グループで、carvonesは、鏡像体別様に臭いがする。 この相違は説明される必要がある。
トゥーリンの臭いの理論は分子の形の役割を提供する。 特定の種類の受容器はおそらくサイズおよび形の限られた範囲内の分子だけを受け入れることができる。 振動が持っているおよびこれが確認されているない単に余りにも大きい分子に本当であるには臭い。 形が受容器に合うことを困難にする分子に弱い臭いがある。 トゥーリンの振動理論はある物質に強い臭いおよび他が弱い臭いなぜあるか約何も言うことはない。 彼は分子の形が臭気の強度に影響を与えること認める。
トゥーリンがこの問題で推測を作らない間、ある鏡像体のための異なった臭いはによってを異なった鏡像体と互換性がある異なった受容器であることそこに説明できる。 私達をであるタイプAおよびBおよび分子Mの受容器が合うAにそこに言うことを許可しなさいしかしないB鏡像体MはBないA.に合うが。 MおよびMの振動は同じである受容器AがMの頻度に答えれば受容器Bが鏡像体がAおよびB両方におよびである合う同じ臭いがある他の分子のためのM'.の同じ頻度に答えれば頭脳へ別の信号より。
トゥーリンの臭いの振動理論のための証拠の多くのビットがあるが、2つは特に顕著である。 ほとんどの有機性分子は炭素原子と同様、水素原子を含んでいる。 水素は3つの異性形態にある。 簡単な水素原子は核心から含んでいる1つのプロトンおよび1の電子から成っている核心を囲む貝を成っている。 固まりの電子が核心に最もそうあるより大きいプロトンに約1800倍固まりがある。 水素原子のサイズは電子貝によって定められる。 重水素と呼ばれる水素原子の第2形態にプロトンと同様、核心で中立粒子が、中性子、ある。 重水素原子のサイズそして形は簡単な水素原子のそれと事実上同一であるが、固まりは二度約同様に大きい。
それから分子の形によってが変化しないが、分子の簡単な水素原子が重水素原子と取替えられれば振動頻度は二乗根との等しい要因によって、大体大幅に減る(1/2)。 deuteriatedときに分子は臭いが通常の版のそれと異なったことそれ分られた総合された。 何もその相違を説明できる形理論にない。
振動理論のための証拠の第2限定的なビットはトゥーリン同じ振動を用いる2分子を同じをかぐ異なった形が見つけたが、ことである。 トゥーリンは硫黄化合物に特有で不愉快な臭いがあることに注意した。 トゥーリンはその特有な特性が2500 cm-1の波数がある硫黄水素の結束から来た信じた。 彼はこと同じ振動およびLo持ち、それを持っていた同じ硫黄の臭いを見るほう素の混合物を見つけた。 ほう素の混合物の形は硫黄化合物のよう何もでなかった従って形理論は困難なひとときを同一の臭いを説明することを過ごす。
(続けられるため。)
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