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La teoría de Luca Turín del sentido del olor

Este material es explicar y publicar el trabajo de Luca Turín. Luca Turín desarrolló una teoría que el olor de sustancias está basado sobre las frecuencias de la vibración de sus moléculas. La historia completa se da en el libro de Chandler Burr El emperador del olor: Una historia del perfume, de Obession, y del misterio pasado de los sentidos. el libro de Burr es una experiencia magnífica para cualquier persona que atesore los perfumes y los otros olores encantadores de la vida. Por otra parte Burr introduce a lector a un miembro maravilloso de la raza humana, Luca Turín, que mente y sentido del humor indignante sea encantador. El material aquí es sin embargo más que una revisión del emperador del olor. Entra algo del detalle técnico que Burr eligió dejar de un libro para el público en general y proporciona juicioso una explicación alterna para algo del material que él incluyó.

En sentido estricto la teoría del sentido del olor desarrollado por Luca Turín no originó con él, sino que él era el quién lo desarrolló y con tal que la ayuda científica. En Turín 1985 encontrada la idea que el olor de una sustancia es determinado por frecuencias de la vibración de sus moléculas de un artículo por la derecha Wright en una aplicación 1977 la química y la industria del diario. Wright en su vuelta había conseguido la idea de los trabajos de Malcolm Dyson que en 1938 la presentaron a la sociedad británica para la química y la industria. Burr cotiza Dyson como diciendo,

Se parece, los caballeros, que la nariz humana contiene de alguna manera una cierta clase de espectroscopio hecha de la carne humana.

Ésta era una opción singular desafortunada de palabras en la pieza de Dyson porque hizo que la teoría se parece tan improbable en cuanto a sea imposible. Cualquier persona que oye hablar de ella en que la forma está garantizada para despedirla como absurdo. El problema con esta caracterización del sentido del olor es no sólo que refiere a un instrumento científico pero a un solo instrumento. Si consideramos el mecanismo por el cual los trabajos del ojo humano que vemos que una característica esencial es que hay las unidades múltiples implicadas: los conos rojos, verdes y azules y las barras grises de la escala. Y con estas unidades algo simples el ojo humano puede detectar y distinquish las frecuencias de la vibración electromágnetica. El ojo humano es un espectrómetro pero funciona encendido principios totalmente diversos que el instrumento científico. Qué sale el material abajo es la comprensión que el color no es una característica de la luz, él es el resultado de la respuesta relativa de los conos del ojo a la radiación electromágnetica.

Visión de color

La retina del ojo contiene los órganos minúsculos llamados los conos que contienen los productos químicos que son selectivamente sensibles a la radiación ligera. Hay tres tipos de conos que tengan diversos sensitivies a diversas frecuencias de la luz. El freqency de la radiación se relaciona inverso con su longitud de onda. Es más fácil visualizar una longitud de onda que una frecuencia así que la longitud de onda será utilizada en qué sigue. La longitud de onda se expresa en micrómetros; es decir, en millonésimo de un metro.

El gráfico abajo demuestra la sensibilidad de los tres tipos de conos en función de longitud de onda.

El nombre obvio para los conos que son los más sensibles a la luz roja supuesta es conos rojos y además para los conos verdes y azules. No es que los conos rojos son sensibles solamente a la luz roja; es que su sensibilidad es la más grande para la luz roja.

Las curvas de la eficacia para los conos rojos y verdes se cruzan (es decir, sea exactamente igual) para la radiación de la longitud de onda cerca de 0.56 μm. Cuando el ojo ve 0.56 radiaciones del μm estimula los conos rojos y verdes alrededor igualmente. La opinión visual del estímulo igual cercano de los conos rojos y verdes es amarillez. La radiación del μm de la longitud de onda 0.56 no es amarilla sí mismo más que la radiación de la microonda o las ondas de radio tiene un color. La amarillez viene del estímulo igual de los conos rojos y verdes. La luz incluyendo la radiación de intensidad igual en los 0.58 μm y 0.54 longitudes de onda del μm, las longitudes de onda de la eficacia máxima para los conos rojos y verdes, también sería percibida como luz ámbar. Habría un cierto estímulo de los conos azules por las 0.54 radiaciones del μm que aligeraría la amarillez de la opinión. Pero cualquier combinación de las ondas de la luz que dan el estímulo igual de los conos rojos y verdes y estímulo insignificante de los conos azules será percibida generalmente como amarillo.

El color blanco viene del estímulo igual de los tres conos. La violeta viene del estímulo igual de los conos rojos y azules. Esto tiene que venir de la luz integrada por longitudes de onda más largas para estimular los conos rojos sin estimular los conos verdes y la luz más corta de la longitud de onda para estimular los conos azules pero no los conos verdes. Tan puede haber la sola luz de la longitud de onda que aparece ser amarilla pero no puede haber la sola luz de la longitud de onda que aparece ser violeta.

Las curvas de la eficacia para los receptores del cono se demuestran en el diagrama antedicho como yendo a cero, pero disminuyen probablemente asintótico a cero como una curva Gaussian. La razón de decir esto es que la luz muy de intensidad alta de un laser que emite la luz infrarroja está percibida como siendo rojo de rubíes profundo. El infrarrojo no tiene un color pero su intensidad es tan grande que estimula los conos rojos en la cola de la curva de la eficacia donde está pequeña pero distinta a cero la eficacia de la opinión.

Son millones de colores que el ojo pueda percibir. Esto significa que cada tipo de conos necesita solamente decern alrededor de ciento de diversos niveles de la intensidad. El resultado de este mecanismo relativamente simple de la diferenciación del color es una sensibilidad a la longitud de onda y a la frecuencia esa los rivales que de un espectrómetro científico.

Audiencia de Tonal

Ahora considere la audiencia humana. Los órganos del oido interno detectaron y distinguen el diversas frecuencias de ondas acústicas absolutamente bien. No hay física esotérica implicada. Todo que está implicado es el fenómeno de la resonancia. Una estructura física tal como a stringed el instrumento musical tiene frecuencias de la resonancia tales que si se estimula en esas frecuencias vibrará en respuesta. La resonancia ocurre cuando la longitud de onda del estímulo es una fracción integral de la longitud de onda del resonador; el E.G., la longitud de onda del estímulo es una mitad o un cuarto de la longitud de onda de la resonancia.

Si un sonido continuo de una frecuencia afectaba sobre un sistema de resonadores podría haber uno que tiene la misma longitud de onda que el sonido. Los resonadores no necesitan ser nada más que las cadenas de diversas longitudes bajo tensión o de las pipas de diversas longitudes cada uno con un extremo cerrado. El dispositivo con de la misma longitud de onda de la resonancia que el wasve de los sonidos resonaría y su vibración podría ser observada.

En el caso del oido interno una serie continua de resonadores es creada teniendo un canal afilado. Cuando el estímulo que ocurre la onda acústica alcanza un punto en el canal donde está un múltiplo la anchura del canal integral de la longitud de onda de la resonancia de la onda acústica entonces y el movimiento físico creado por la resonancia se transfiere a los pelos minuciosos en el canal empareda así estimular el nervio auditivo. Es todo el maravillosamente simple pero absolutamente eficaz, maravillosamente eficaz.

En el diagrama esquemático arriba, la viga de los sonidos incorpora el canal en la esquina más baja de la mano izquierda del canal. Viaja a través del canal se refleja de la pared. Él recrosses el canal que se reflejará solamente. Mientras que la viga viaja hacia adelante y hacia atrás a través del canal a la derecha la anchura del canal disminuye. En un cierto punto la distancia de la trayectoria a través del canal puede emparejar la longitud de onda del sonido y la resonancia ocurre.

En el oido interno el canal que afila es en espiral en un espiral para la compacticidad pero igual del restos de la función.

El ojo y el oído proporcionan dos ejemplos de los órganos humanos que miden en algunas frecuencias del sentido. El oído responde a las vibraciones mecánicas en el aire. Esto no es un problema sofisticado, pero la respuesta del ojo a la radiación electromágnetica es algo que se parecería ser si no imposible inverosímil pero tan.

Los receptores olfativos

Linda Bucck de la universidad de Colombia descubrió los receptores del olor en cerca de 191. Mienten en un remiendo thumbnail-clasificado del tejido fino en el paso nasal superior. El mecanismo para la operación de este receptor todavía no se ha establecido pero hay acuerdo general que son qué produce la sensación del olor. También no se sabe son cuántos diversos tipos de estos receptores allí. Esto sería un factor crucial en la determinación del número de diversos olores que los seres humanos pueden percibir.

Vibraciones moleculares

El cálculo de las frecuencias de las vibraciones de una molécula real es un cómputo complejo y difícil. Es de mérito considerar primero modelos altamente simplificados de moléculas. En la imagen abajo se representa un modelo de la clorina, Cl2. Las dos esferas, representando los átomos de la clorina, son conectadas por un enlace alargado que pueda estirar o doblarse.

Los átomos tienen masas iguales de m y el enlace tiene elasticidad k, el alargamiento por la unidad de la fuerza aplicada. El análisis físico establece una ecuación para el movimiento de las esferas bajo fuerza elástico del enlace. Esta ecuación, una ecuación diferencial, tiene una solución para el movimiento hacia adelante y hacia atrás de las esferas (el estirar del enlace) que es cíclico. El ν de la frecuencia de este movimiento es igual a la raíz cuadrada del cociente de k a el M.


ν = √k/m = (k/m) el 1/2
 

Así como la masa de los átomos aumenta la frecuencia va abajo de pero si la elasticidad de los aumentos en enlace hace tan la frecuencia de la oscilación. Pero si se dobla la masa la frecuencia se convierte en no una mitad de cuáles era sino que por el contrario el cerca de 71% (la raíz cuadrada de una mitad) de cuáles era.

En el caso de las moléculas diatómicas tales como Cl2, H2, O2 y N2 hay solamente un modo de la vibración, el estirar del enlace. Para las moléculas más del atomics de dos hay más modos de la vibración. El fórmula simple para el número de modos de la vibración de una molécula de los átomos de n es


3n-5 para moléculas lineares
3n-6 para las moléculas no lineales.
 

Los átomos cada uno de n tienen 3 grados de libertad para su colocación en espacio tridimensional. La molécula se ve de la perspectiva de su centro de masa. El especificar de la localización y de la orientación de la molécula utiliza encima de 3 grados de libertad en la localización del centro de masa y de 3 grados de libertad en los ángulos de la orientación de la molécula. Así en general los grados de libertad y de modos de la vibración dentro de la molécula son 3n-6. Pero si no importan los átomos toda la mentira a lo largo de una línea recta él qué ángulo tiene la molécula sobre esa línea, por lo tanto los grados de libertad son 3n-5.

Cualquier molécula diatómica es automáticamente una molécula linear. Los grados de la libertad y del número de modos de la vibración de una molécula diatómica son 3 (2) - 5=1. Así el único modo de la vibración de una molécula diatómica es el estirar/el contraer del enlace.


La molécula de agua H2O tiene los enlaces del hidrógeno dos que hace un ángulo alrededor de 107°

Los grados de libertad para la molécula de agua son 3 (3) - 6=3. Éstos son: 1. El streching simétrico de los enlaces 2. El estirar asimétrico de los enlaces 3. El scissoring del ángulo en enlace.

Una molécula del anhídrido carbónico tiene los tres átomos en una línea. Por lo tanto sus grados de libertad son 3 (3) - 5=4.

Los modos de la vibración son el estirar simétrico y asimétrico y entonces dos modos de la vibración de flexión. Las frecuencias de la vibración de los dos modos de la flexión son iguales.

La molécula representada abajo es una molécula del amoníaco sin ninguna representación de los enlaces entre los tres átomos del hidrógeno (en azul) y el átomo del nitrógeno (en naranja).

Esta molécula tiene todos los movimientos asociados a estirar de los enlaces más ella tiene combinaciones de estos movimientos y scissoring del ángulo en enlace. El número de modos de la vibración de la molécula del amoníaco es 3 (4) - 6=6.

Debajo está la pintura de la molécula CH4 del metano.

Los átomos del hidrógeno (en azul) forman las esquinas de una pirámide tetraédrica con el átomo de carbón (negro) en el centro de la pirámide. La estructura del metano también tiene un sistema rico de modos de la vibración.

(Ser continuado.)

Enantiomers

Los Enantiomers son dos estructuras que tienen las mismas partes y mismos acoplamientos entre las piezas pero no son idénticos de la misma forma que una mano izquierda y la mano derecha no son idénticas. Debajo se representan a las moléculas que son enantiomers de uno a.

Si una molécula se gira alrededor así que los átomos amarillos y verdes tienen la misma alineación entonces que el átomo rojo para uno está en frente mientras que el átomo rojo para el otro behing. Si los átomos rojos se sostienen fijos y se rota una molécula así que los átomos amarillos y verdes emparejan entonces una molécula tienen el átomo azul en la tapa y el otro la tiene en el fondo.

Frecuencia, longitud de onda y número de la onda

Un fenómeno de la onda, tal como una onda acústica, pasa durante un ciclo. En el caso de una onda acústica es una fluctuación en la presión. De un punto de partida en el cual la presión sea igual al pressue del fondo aumenta al nivel sobre la presión del fondo después disminuye de nuevo a la presión del fondo. Pero esto no es un ciclo completo. Hay la segunda fase en la cual la presión disminuye a un nivel debajo de la presión del fondo antes de respaldo de levantamiento a la presión del fondo. Éste es el ciclo completo. El número de épocas por segundo que la presión pasa durante el ciclo completo se llama la frecuencia de la onda acústica. Debajo se demuestra un gráfico de las desviaciones en la presión en un cierto plazo para una onda acústica.

La nota de A en la escala musical tiene una frecuencia de 440 ciclos por segundo. La longitud de onda de esa nota es 75.3 centímetros. El producto de la frecuencia de una onda y de su longitud de onda es igual a la velocidad de esa onda.

La velocidad del sonido varía con temperatura y la presión. Bajo condiciones estándares de 32° F (0° C) y de 14.7 PSI (100.000 PASCAL) de su velocidad están 331.3 metros por el segundo (741 millas por hora). La variación en la presión implicada en sonido es verdad el minuscule, cerca de 0.1 de un PASCAL comparado a una presión del fondo de 100.000 PASCAL.

Debajo se demuestran las cajas de tres diversas ondas con diversa frecuencias y longitud de onda y el hecho de que hay una relación inversa entre la frecuencia y la longitud de onda.

La frecuencia o la longitud de onda se puede utilizar para cuantificar un fenómeno de la onda, pero otra medida también se utiliza, el número de la onda. El wavenumber es simplemente el recíproco de la longitud de onda, o equivalente la frecuencia dividida por la velocidad de la onda. En el caso de la nota de A en la escala musical su wavenumber es 0.0133 cm-1. En el caso del sonido, el número de la onda no es una medida especialmente conveniente, y ni uno ni otro es él para la radiación electromágnetica. La luz ámbar tiene una longitud de onda alrededor de 5.5×10-5 m y por lo tanto su wavenumber es 1.82×106 M. Pero para las vibraciones moleculares el número de la onda es una manera conveniente de describir el movimiento de la onda. Los wavenumbers para las vibraciones moleculares están en el radio de acción de 100 cm-1 a 10.000 cm-1.

(Ser continuado.)

Teoría de Luca Turín del olor

La teoría de Luca Turín reducida a su naturaleza más básica es que los receptores en la nariz responden a las diversas vibraciones fundamentales de una molécula y ése produce la sensación del olor. Hay más probable un número de diversos tipos de receptores que responden a diversas gamas de vibraciones. Con solamente tres tipos de receptores en la retina de millones del ojo de colores puede ser distinguido. En la nariz puede haber considerablemente más que tres tipos. Luca Turín caracteriza los receptores del olor como teniendo gamas traslapadas pero ése no tendría que necesariamente ser el caso. Podría haber gamas destapadas y las moléculas que tienen vibraciones solamente en tales gamas destapadas no tendrían ningún olor. Algunas sustancias tales como los gases nobles del helio, del neón y del argón son mono-atómicas y por lo tanto no tienen ninguna vibración estructural interna. Bajo teoría de Turín no tendrían ningún olor. Hay otras moléculas tales como las moléculas diatómicas de los O2 del oxígeno y del N2 del nitrógeno que tienen una vibración estructural interna pero ningún olor. Las vibraciones del olor-menos podían tener frecuencias fuera de las gamas cubiertas por los receptores del olor.

El alternativa a la teoría de Turín es la teoría de la forma del olor; es decir el olor de una molécula es determinado por su forma. El un pedacito aparentemente decisivo de la evidencia para la teoría de la forma era que hay algunos enantiomers que tienen vibraciones idénticas pero diversos olores. Un enantiomer de una molécula es una que tiene los mismos átomos pero diferencia en forma la misma manera que una mano izquierda diferencia de una mano derecha. Luca Turín precisa que la mayoría extensa de enantiomers tiene el mismo olor. Pero en un grupo, los carvones, los enantiomers huelen diferentemente. Esta diferencia necesita ser explicada.

La teoría de Turín del olor preve un papel de la forma de moléculas. Los receptores de un tipo particular pueden aceptar probablemente solamente las moléculas dentro de una gama limitada de tamaños y de formas. Las moléculas que son simplemente demasiado grandes no tendrían un olor no importa qué las vibraciones ellas tienen y éste se encuentran para ser verdades. Las moléculas que forma hace difícil de caber en los receptores tendrían un olor débil. La teoría de la vibración de Turín no tiene nada decir alrededor porqué algunas sustancias tienen un olor intenso y otros un olor débil. Él reconoce que las formas de moléculas afectarían las intensidades de sus olores.

Mientras que Turín no ha hecho ninguna especulación en esta materia, los diversos olores para algunos enantiomers se podrían explicar allí siendo diversos receptores que son compatibles con diversos enantiomers. Digamos allí son receptores del tipo A y B y la molécula M cabrán en A pero no B sino su enantiomer M cabrá en B pero no el A. Las vibraciones de M y de M son iguales pero si el receptor A responde a las frecuencias de M es una diversa señal al cerebro que si el receptor B responde a la misma frecuencia de M'. para otras moléculas que los enantiomers pueden caber en A y B y así que tendrían el mismo olor.

Hay muchos pedacitos de la evidencia para la teoría de la vibración de Turín del olor pero dos son notablemente excepcionales. La mayoría de las moléculas orgánicas contienen los átomos del hidrógeno así como los átomos de carbón. El hidrógeno existe en tres formas isoméricas. El átomo simple del hidrógeno consiste en un núcleo contiene un protón y una cáscara que rodea el núcleo que consiste en un electrón. El protón tiene una masa cerca de 1800 veces más grandes que el electrón tan la mayor parte de la masa está en el núcleo. El tamaño del átomo del hidrógeno es determinado por la cáscara del electrón. Una segunda forma del átomo del hidrógeno, llamada deuterio, tiene una partícula neutral, el nuetron, en el núcleo así como el protón. El tamaño y la forma del átomo del deuterio es virtualmente idénticos a el del átomo simple del hidrógeno, pero la masa es alrededor dos veces tan grande.

Si los átomos simples del hidrógeno en una molécula son substituidos por los átomos del deuterio entonces que la forma de la molécula es inafectada pero sus frecuencias de la vibración son reducidas substanially, áspero por un factor igual a la raíz cuadrada de (el 1/2). Cuando deuteriated las moléculas le fueron sintetizadas fueron encontradas que su olor diferenció de el de la versión ordinaria. No hay nada en la teoría de la forma que puede explicar esa diferencia.

El segundo pedacito definitivo de la evidencia para la teoría de la vibración es que Turín encontró dos moléculas con la misma vibración pero diversas formas que huelen igual. Turín observó que los compuestos de sulfuro tienen un olor desagradable distintivo. Turín creyó que ese carácter distintivo vino del enlace del sulfuro-hidrógeno que tiene un número de la onda de 2500 cm-1. Él encontró un compuesto del boro que tenía que la misma vibración y bajo y behold la tenía el mismo olor sulfurous. La forma del compuesto del boro no era nada como el compuesto de sulfuro así que la teoría de la forma tendría un rato difícil el explicar del olor idéntico.

(Ser continuado.)


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