Вариации на задану тему електрохімічної активації

Вариации на тему електрохімічної активации

Л.В. Львова.

Путь завдовжки в чверть века

Ташкент… 1974 рік… Група вчених у системі Мингазпрома розпочала дослідженню метастабильного стану водних розчинів солей і глинистих суспензий, виникає при униполярном (т. е. катодному чи анодном) воздействии.

Разработанные вченими установки для електрохімічної обробки бурового розчину та води на 40% знижували видатки буріння свердловин. Оригінальні технологічні конструкторські рішення стосовно використання електрохімічної активації (саме так було названо запропонований спосіб обробки рідин) в бурінні і областях сипалися, як з рогу достатку. До 1971 року розробники захистили їх 150 авторськими свідоцтвами СРСР і 170 зарубіжними патентами США, Канади, Японії ФРГ!

Новое напрям привернула увагу фахівців різних профілів і стало поштовхом до створення півсотні неформальних творчих міжрегіональних і міжгалузевих колективів. Науково-популярні журнали навперебій пишуть про новий простому і дуже ефективному способі самолікування «живої» і «мертвої» водою. Всіма шановний журнал «Хімія і Життя» поміщає навіть опис установки для отримання чудодійного кошти із самої звичайною водопровідною води з докладними вказівками, за яких захворюваннях яку воду пити — «живу» чи «мертву». Зробити таке завдання особливих зусиль не становила. І тому потрібен був скляний посудину, джерело харчування, два електрода (анод і катод) і непрозора перегородка, перешкоджає змішуванню води з катодного і анодної камер.

Конечно ж, дуже швидко широкий загал забуває про черговий легкодоступною панацеї. Проте ученые-прикладники продовжують дослідження, обгрунтовують перспективність використання електрохімічної активації розчинів. Приблизно о це водночас з’являються гіпотези про можливі механізмах електрохімічної активації рідин. Але академічна наука належить до цих досліджень, м’яко кажучи, ні об'єктивно. Деякі вчені інституту електрохімії АН СРСР звинувачують творців методу електрохімічної активації в дилетантстві. Інші ж стверджують, що проблеми, пов’язані з униполярной обробкою розбавлених розчинів, давним-давно вирішені специалистами-электрохимиками.

Такой підхід явно суперечив реальну ситуацію: практично в усьому світі був відсутній досвід розробки, виготовлення й експлуатації спеціалізованих установок для електрохімічної анодної і катодного обробки рідин з метою їхнього подальшого використання у літак якихось технологічними процесами. Тільки ташкентська група дослідників, поставивши собі завдання розробки довговічних, зручних в експлуатації, надійних, автоматично підтримують поставлене режим, економічних і екологічно чистих пристроїв, вже безпосередньо до 90-го року зуміла створити цілу плеяду лабораторних й управління промислових установок різного, в тому однині і медичного, назначения.

Великое безліч існуючих нині електрохімічних установок для синтезу миючих, дезінфікуючих і стерилизующих розчинів ділиться на дві групи. Одні мають між електродами діафрагму, що відмежовує катодную камеру від анодної. А в інших діафрагма відсутня. Проте й тому, в іншому разі за вихідного розчину зазвичай використовується водний розчин хлористого натрію. Чому творцям нового методу сподобався саме такий розчин, історія мовчить, але вибір завершився перемогою: одержувані за його обробці в електрохімічних установках неактивированные і активовані розчини чудово себе зарекомендували при дезінфекції й стерилизации.

Неактивированные или, как їх ще називають, гипохлоритные розчини синтезуються, зазвичай, в установках з бездиафрагменными електрохімічними реакторами. Через відсутність діафрагми високоактивні несталі сполуки, утворювані у процесі електрохімічного синтезу поблизу анода і катода, змішуються і нейтралізують одне одного й відтак у неактивированном розчині залишаються стійкі продукти електролізу (зокрема, луги та кислоти). Тому властивості таких розчинів мало змінюються із поліциклічним перебігом времени.

Активированные розчини можна одержувати й у бездиафрагменных, й у диафрагменных установках. Для просто слід виконувати цілком конкретні условия.

В обох випадках зміст хлориду натрію в вихідному розчині має вистачити низьким — трохи більше 5г/л. До того ж у бездиафрагменных установках, виділені на синтезу активованих розчинів, площі поверхонь двох електродів (анода і катода) мають відрізнятися щонайменше ніж у 150…200 раз. Причому поблизу електрода з більшою поверхнею оброблювана рідина повинна перемішуватися як і менше, а до электроду з не меншою поверхнею повинні постійно надходити для обробки дедалі нові микрообъемы вихідного раствора.

В установках з диафрагменными електрохімічними реакторами до електродах пред’являється одне-єдине вимога — щоб одержати активованих розчинів їх конструкція має забезпечити максимально можливий контакт оброблюваного розчину з поверхнею электрода.

Высокоактивный розчин, отримуваний в катодного камері, називають католитом. Такий розчин насичений продуктами електрохімічних реакцій, що відбуваються поблизу катода.

Раствор, отримуваний в анодною камері, називають анолитом, що містить продукти окислення, зокрема хлорну кислоту, синтезовану з розчиненої у питній воді хлориду натрію, кисень і хлор.

В залежності від режиму електрохімічного впливу та змісту в вихідному розчині хлористого натрію рН католита зазвичай коштує від 7 до 12, а рН анолита від 2 до 7. Окислительно-восстановительный потенціал, що характеризує окислювально-відновні здібності компонентів активованих розчинів, змінюється у досить межах (у католита — від 200 до 850мВ, а й у анолита — від 400 до 1200мВ).

Любопытно, що навіть граничні, але постійні у часі значення цих параметрів що неспроможні означати, що розчин справді є активованим. Основний ознака электрохимически активованого розчину — мимовільна зміна фізико-хімічних параметрів у часі за відсутності масообміну з навколишнім середовищем (приміром, при зберіганні розчину в герметичному сосуде).

И католиту, і анолиту властива надзвичайно висока фізико-хімічна активність, яка, по сучасними уявленнями, обумовлена трьома факторами.

Фактор перший. Стабільні продукти електрохімічних реакцій в католите і анолите. У частковості, луги та кислоти. Успішно замінюючи традиційні хімічні добавки, вони забезпечують вищу ефективність католита і анолита проти звичайній водой.

Фактор другий. Високоактивні несталі продукти електрохімічних реакцій з дуже обмеженим часом життя (приміром, вільні радикали). Вони істотно посилюють прояв кислотних і окисних властивості анолита і лужні і відбудовні властивості католита. Одержати високоактивні несталі продукти з допомогою розчинення у воді хімічних реагентів практично неможливо. Своїм, хоч і дуже нетривалим існуванням, зобов’язані унікальним умовам електрохімічного синтеза.

Фактор третій. Довгоживучі активовані структури в західних областях, що прилягають до поверхні електродів. Представлені активовані структури як вільними іонами, молекулами, атомами і радикалами, і гидратированными. Саме які й наділяють католит і анолит надзвичайними каталитическими здібностями, дозволяючи їм (католиту і анолиту) змінювати активационные бар'єри між взаємодіючими компонентами найрізноманітніших, зокрема і біохімічних, реакций.

Во багатьох установках першого покоління активационные структури формуються в найтоншому (всього 5−6 Ангстрем) шарі розчину поблизу электродных поверхонь. У цьому вся разі частка сверхактивных сполук, у обсязі католита і анолита дуже мала — трохи більше 1%.

В понад електрохімічних установках, мають досконалішу конструкцію, активационные структури займають набагато більший обсяг. І це отже, що католит і анолит, отримані в установках, мають вищої фізико-хімічної активністю, що, до речі, і підтверджують численні эксперименты.

Естественно, і це теж доведено експериментально, на активність католита і анолита впливають і дві інші чинника. Усі три чинника: та підтримувати стабільні продукти електролізу, і високоактивні несталі продукти електрохімічних реакцій, і довгоживучі активационные структури — посилюють прояв лужних та відновлювальних властивостей католита і послабляють прояв кислотних і окисних властивостей анолита. Щоправда, визначити внесок кожного з цих активнодействующих чинників поки, на жаль, не удается.

Живая і мертва вода

«Ворон бризнув мертвої водою — тіло зрослося, съединилося; сокіл бризнув живої водою — Іван-царевич здригнувся, підвівся і заговорил…».

«Марья Моревна», російська народна сказка Водные розчини хлористого натрію, оброблені у сприйнятті сучасних електрохімічних установках, до жалю, такими чудодійними властивостями що немає. Проте можливості активованих і навіть неактивированных розчинів воістину дивні. Приміром, за даними фірми «Джонсон і Джонсон» 5% розчин гипохлорита натрію (хлораміну) ефективний лише за дезінфекції, але з при стерилізації. Російський ВНДІ профілактичної токсикології і дезінфекції рекомендує використовувати й для дезінфекції, й у стерилізації активоване нейтральний анолит із вмістом оксидантів 0,03% (т. е. меншою в 160 раз концентрацією діючих речовин). З іншого боку, час стерилізації в нейтральному анолите скорочується в 3…4 разу проти препаратом «Сайдекс» (чинне речовина — глутаровый альдегид). А цей препарат багато фахівців вважають однією з найкращих стерилизующих растворов.

Неактивированный анолит, хоч і поступається активованому анолиту по биоцидной активності, але не всі одно у 70…100 разів ефективніший хлораміну. Механізм згубного для мікроорганізмів дії хлорвмісних розчинів, одержуваних при електрохімічної активації розчинів хлористого натрію, привертає глибоку увагу исследователей.

Интересные результати отримано при електронно-мікроскопічних дослідженнях суспензий клітин синьогнійної палички, опрацьованих электрохимически активированными розчинами хлориду натрію протягом 0,5…60 хвилин. Виявилося, що католит з рН 12,5, він активного хлору, не змінює ультраструктуру бактерій. Зате виражене повреждающее дію надавали анолит з рН 3,7 і суміші анолита і католита у відсотковому співвідношенні 1:1 (рН=9,3) і 1:3 (рН=10,4), які мають зміст активного хлору становила 0,03%. Вплив всіх досліджуваних розчинів зводилося до деструкції цитоплазми і нуклеоида, автолизу і розпаду клітин. Але, як відомо, був один але… Найбільшою ефективністю мав анолит, а найменшої - суміш анолита і католита в співвідношенні 1:3. Пояснити таке явище доки вдається. Можна тільки припускати, крім хлору певну роль грають В. Гвоздицький і всі інші продукти електрохімічних реакций.

Неоспоримым перевагою активованих розчинів гипохлорита натрію у незначній концентрації від 0,5 до 2,5г/л є канцерогенного, алергічного і токсичного дії на організм за її внутрішньовенному, внутримышечном, внутрибрюшинном підшкірному і пероральному запровадження. Це показали досліди на білих безпородних мишах. До того ж, за даними, активовані розчини гипохлорита натрію ефективні під час лікування гострих отруєнь феназепамом, амитриптилином, этиленгликолем, сурогатами опію і алкоголем. Непогано зарекомендували себе такі розчини й у комплексне лікування хворих на вираженим синдромом ендогенної інтоксикації і вторинним імунодефіцитом. Застосування розчинів гипохлорита натрію як аплікацій, зрошень, інгаляцій, протираний, внутрішньовенних инфузий при гнойно-деструктивных процесів у легких, гнійних і опікових ранах, перитоніті і остеомиелите сприяє санації трахеобронхиального дерева і плевральної порожнини, швидкому очищенню і наступному загоєнню ран, оскільки перед електролізним гипохлоритом натрію що неспроможні встояти багато антибиотикоустойчивые грамположительные і грамнегативні бактерії. І всі за його яскраво вираженої здібності гидроксилировать амінокислоти. У перший чергу це ж стосується серосодержащих амінокислот — метіоніну і цистеина — і амінокислот, містять ненасичені зв’язку — триптофану, гистидина і фенілаланіну. Певне, тому й виникло припущення, що інактивація мікроорганізмів при дії гипохлорита натрію обумовлена окисленням SH груп. Але, будучи джерелом активного кисню, гіпохлорит натрію до того ж час має невелику масу, і, отже, клітинні мембрани уявити не можуть йому серйозного перешкоди. І він легко проникає всередину тканинних клітин та окисляє токсини, наявні у тканинних клітин, що навіть пояснюється терапевтичний ефект гипохлорита натрію при отруєння різними речовинами. Така думка одних фахівців. Та і іншої думки щодо біологічних ефектів электрохимически активованих розчинів. Як вважають окремі фахівці, основу біологічних ефектів активованих розчинів лежать викликані ними зміни електронного рівноваги внутрішнього середовища організму. Під впливом католита окислительно-восстановительный потенціал (ГВП) біологічних рідин зсувається убік донорно-акцепторных значень. Це спричиняє збільшення активності биоантиоксидантов, стабілізацію клітинних мембран, посилення неспецифічного імунітету і підвищення резистентності організму до радіоактивного опроміненню і токсинам. До речі, наявність таких ефектів викликає думку про можливість використання католита як профілактичного кошти, підвищує імунітет і стійкість організму до деяких несприятливих генотоксичних впливів. Анолит, завдяки своїм электронно-акцепторным властивостями, має биоцидной активністю, стимулює біологічне окислювання і сприяє детоксикації організму з допомогою окисного гидроксилирования гидрофобных токсинів і шлаків. Причому концентрація стабільних продуктів електролізу 10−4…10−3 моль/л в тканинних середовищах забезпечує максимальний лікувальний ефект электрохимически активованих растворов.

В останні роки приділяють значну увагу вивченню дії активованих розчинів при раневых інфекції. У попередніх дослідах in vitro з культурами анаеробних і аеробних мікроорганізмів, виділених з поранень хворих, під час перевірки бактерицидного ефекту нейтрального і кислого анолитов з’ясувалося, що анолиты з концентрацією активного хлору від 60 до 120мг/л найефективніші щодо клінічних штамів мікроорганізмів, представлених золотавим і эпидермальным стафилококками, синьогнійної паличкою, кишкової і спорообразующими паличками, бактероидами, пептококками, пептострептококками і эубактериями. Проте лабораторні випробування, проведені на пацюках, виявили розбіжності у бактерицидних властивості цих розчинів. Як виявилося, поверхнева обробка шкірно-м'язових ран нейтральним анолитом (рН 6,5, ОВП=800мВ, концентрація активного хлору 70мг/л) повністю зупиняла зростання мікробів в ранах. Кислый ж анолит (рН 4,0, ОВП=900мВ, концентрація активного хлору 70мг/л) лише тимчасово, та й не в усіх піддослідних тварин, припиняв розмноження мікроорганізмів і крізь кілька годин на ранах абсолютно в усіх пацюків спостерігалося зростання числа колоній. При лікуванні гнійних шкірно-м'язових ран у пацюків досить високою ефективністю мали католит з рН 10,0, ОВП=800мВ і анолит з концентрацією активного хлору 120мг/л, рН 6,5, ОВП=850мВ. Обробка цими розчинами раневой поверхні в багатьох піддослідних тварин припиняла зростання мікробів і нормализовала показники крові - кількість лейкоцитів і СОЭ.

Результаты цих експериментів вкотре підтвердили, що життєві реалії дуже важко вкласти в якусь теорію: спостережувані ефекти неможливо пояснити дією гипохлорита натрію, ні зміною електронного рівноваги внутрішнього середовища організму, викликаного дією активованих растворов.

В той час достеменно встановлено, що бактерицидні властивості католита і анолита у що свідчить визначаються умовами їх получения.

Прекрасно ілюструють цього факту результати вивчення дезінфікуючих властивостей нейтральних анолитов, отриманих двома різних установках. Розчини ці використовувалися для знезараження тест-объектов — посуду, білизни, поверхонь з лінолеуму, метласької плитки, кахлю, пофарбованого олійною фарбою дерева, скляних медичних виробів, металу і гуми з урахуванням натурального і синтетичного каучуку. Як з’ясувалося, обидва нейтральні анолита виявили високу ефективність відношенні всіх тест-культур — золотавого стафілокока, кишкової палички, вакцинного штами вірусу поліомієліту 1 типу, мікобактерії В5 і кандіда альбиканс. Відмінності укладалися лише у часі оброблення і концентрації активного хлора.

Не менш цікаві дані отримано для дослідження два види анолита — кислого (рН 2,0…0,5) і нейтрального (рН 6,5…7,6) — з близькими значеннями змісту активного хлору і окисно-відновних потенціалів, здобутих у двох різних електрохімічних установках. Виявилося, що стерилизующий ефект залежав від виду оброблюваного материала.

Время спороцидного дії для тест-объектов з урахуванням натурального каучуку становила 300…360 хвилин, тоді як обробки виробів із скла, металу і полімерних матеріалів вистачило б обробки протягом 2…14 хвилин. Причому ефективність розчинів зростала зі збільшенням концентрації активного хлору. Зате за інших рівних параметрах анолитов кислий анолит був набагато ефективніше нейтрального. До того ж, що дуже важливо, багатократний обробка электрохимически активированными розчинами (на відміну традиційних хлорвмісних препаратів) мало позначалася на фізико-хімічних і фізико-механічних властивості гум з урахуванням силіконового каучуку, натурального латексу, натурального каучуку і композицій з урахуванням термопластических полиуретанов.

Для стерилізації металевих виробів — пінцетів, скальпелів тощо. — краще використовувати нейтральний анолит, оскільки кислий анолит володіє більш як високої коррозионной активністю. Щоправда, додавання в электрохимически активовані розчини інгібіторів корозії - 0,1% і 0,05% розчинів катапола і натрий-бор глюконату запобігає корродирование виробів із металу при стерилізації не лише у нейтральному (рН 6,7), а й у кислому (рН 2,95) анолите. Антикоррозионный ефект, очевидно, пов’язані з освітою захисної плівки, щільно що прилягає до поверхні металу та творчої важко переборний бар'єр для що окислюють агентів, унаслідок чого сповільнюється поширення корозії по поверхні изделия.

Вполне можливо, що у найближчим часом активовані розчини будуть широко застосовуватися в обробці рук хірургів. По крайнього заходу, попередні досліди свідчить про доцільності використання католита як миючого кошти на механічного очищення рук, а анолита — як дезінфектанту. Причому мікробіологічні аналізи показали, що лише після обробки католитом у більшості піддослідних зростала число колоній бактерій на руках. На думку авторів методики, це позитивний чинник: католит в такий спосіб хіба що підготовляє мікрофлору лежить на поверхні епітелію до наступному придушення антисептичними розчинами, зокрема нейтральним анолитом. Що й зокрема у действительности.

Но дослідники на досягнутому не зупиняються. Для збільшення ефективності обробки рук і часу роботи у рукавичках за одночасного зменшенні змісту оксидантів в використовуваних препаратах розробили антисептичні гелі з урахуванням электрохимически активованих розчинів. Краще всього зарекомендувало себе гель, у якому ролі згущувача використовувалися модифіковані крохмалі. Він може зберігатися протягом трьох місяців і, не втрачаючи свою ефективність, й чудово дезінфікує за досить низьких концентраціях активного хлора.

Активированный анолит можна використовувати й для дезінфекції питної води. Як свідчать дослідження фахівців, вода, заражена штамами холерного вібріона, в концентрації 200млн мікробних тіл в 1мл, лише після п’ятихвилинної контакту з анолитом повністю знезаражується, та її органолептичні показники відповідають всі вимоги ГОСТа.

Заключение

Объективности ради помітити, що электрохимически активовані розчини знайшли на території Союзу практичне застосування. У багатьох медичних установ Росії їх використовують із дезінфекції й стерилізації, в Узбекистані - для знезараження питної води та продуктів. У порівняні з традиційними дезінфекційними засобами вони теж мають певні переваги. Застосування активованих розчинів економічно вигідно: по численним даним, придбання електрохімічної установки окупається за двох років, а її використання продовжує термін придатності медичних виробів із гум на основі силіконового каучуку, натурального латексу, натурального каучуку і композицій з урахуванням термопластических полиуретанов. До того ж незаперечним гідністю активованих розчинів є алергічного, канцерогенного і токсичної дії. Нині вже зрозуміло, що активовані розчини можуть виступати у ролі антисептичних коштів, а й у ролі лікарських препаратов.

Продолжается вивчення можливості їх застосування під час лікування гнійних хірургічних інфекцій і при интравазальной терапії сепсису. Останніми роками вивчається експериментально на тварин антибактеріальне дію гелів в розвитку раневого процесу. Ведуться унікальні дослідження з використанню активованих водних розчинів іонізованого срібла для профілактики грипу і ГРЗ. Висока химиотерапевтическая ефективність комплексних розчинів срібла і міді було лише у клінічних умовах, а й у польових епідеміологічних експериментах. І можна сподіватися, що у найближчим часом ці препарати займуть своє достойне місце в арсеналі практичної медицины.

Список литературы

Для підготовки даної праці були використані матеріали із сайту internet.