2
2
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АКТИВНЫХ ФОРМ O, Н И ИХ СОЕДИНЕНИЙ В КИСЛОРОДОНАСЫЩЕННОЙ ВОДЕ
2
2
METHOD OF OXYGENATED WATER ANALYSIS FOR ACTIVE FORMS O, Н AND THEIR COMPOUNDS

Изобретение относится к области физической и коллоидной химии водных растворов, водоподготовки, более конкретно - физико-химическому анализу кислородонасыщенных вод.
2
Изобретение может быть использовано в пищевой промышленности, водном, сельском и коммунальном хозяйствах и находиться на стадии внедрения в опытно-промышленном производстве бутилированной кислородонасыщенной питьевой воды и напитков с торговыми марками «СУПЕРВОДА-О», «ОКСИ» и других, содержащих растворенные кислород, водород и их активные формы.
2
2
2
В 1998 году ООО «Экосервис» совместно с ООО «Пальмира-Юг» был разработан плазмохимотронный способ получения парогазовой смеси НО+О [1].
3
2
2
2
2
2
В отличие от известных энергосодержащих газовых и парогазовых смесей [2, 3], таких как воздух +О, гремучая смесь Н+О и других, парогазовая смесь НО+О, полученная плазмохимотронным способом из водного раствора электролита, не была изучена.
2
2
2
4
4
Согласно теории биполярного плазменного электрода (БПЭ) [1, 4], раскрывающего физико-химические свойства пленочной химотронной плазмы в высоковольтных электролизерах, аномальные свойства парогазовой смеси НО+О по отношению к известным [2, 3] объясняются наличием в химотронной плазме заряженной (энергонасыщенной) кластерной формы пероксида водорода НО [1].
4
4
2
2
2
Особенности кластерного пероксида водорода НО определены уравнениями физико-химических реакций его распада в парогазовой смеси НО+О и кислородонасыщенной воде (1)-(6):
где Е hν, Е* hν, Е** hν - дополнительная энергия, выделяющаяся из кластерного пероксида водорода;
0
6
Δε-Δε - энергия физико-химических реакций;
2
2
(*) - энергообогащенные активными формами О и Н соединения.
2
2
2
2
-6
-4
Свойства пероксида водорода НO [1,5÷7] хорошо известны и регламентированы для питьевой воды и организма человека интервалом концентраций 10 М≤СНO≤10 М.
Известен биохимический хемилюминесцентный способ определения активных форм кислорода в оксигенированной питьевой воде [8].
2+
2+
2
2
В известном способе [8] использованы ВМС (люминол) и комплексообразующие катионы (например, Fe). Поскольку интенсивность хемилюминесцентных вспышек при внесении в кислородонасыщенный раствор, содержащий люминол катионов Fe, изменяется во времени и зависит от многих факторов (см. фотохимические реакции уравнений 1, 4, 6), то не наблюдается воспроизведение результатов в данном методе, необходимых для количественного анализа активных форм О, Н и их соединений, растворимых в кислородонасыщенной воде.
2
2
-6
-4
Поэтому известный биохимический способ служит только для оценки интервала концентраций активных форм О, H и их соединений, растворимых в кислородонасыщенной воде (конкретно для воды «ОКСИ» определен интервалом от 10 до 10 М).
2
2
2
2
Наиболее близким по сущности к заявленному способу является физико-химический способ определения НО в питьевой воде [5]. Он основан на измерении окраски катионов многовалентного металла (марганца) при взаимодействии с НО:
4
KMnO - цветное соединение катионов марганца.
2
2
2
2
2
-6
Известный физико-химический способ определения НО в питьевой воде [5] является самым надежным и простым в исполнении. Согласно методике анализа [5] уровень чувствительности физико-химического метода достигает 10 М (0,1 мг НО/л HO).
2
2
Источники информации о количественном определении активных форм O, Н и их соединений, растворимых в кислородонасыщенной воде, физико-химическими способами автором заявки не были обнаружены.
Поэтому заявителем и автором было проведено исследование кислородонасыщенной питьевой воды постоянного химического состава, полученной смешением точных объемов кислородосодержащего газа (парогазовой кислородосодержащей смеси) с питьевой водой. Во всех экспериментах:
2
2
H2O
H2O
Vгаза/VHO=Vпгс/VHO=1 л газа / 1 л =1 л пгс / 1 л ,
где V пгс - объем парогазовой кислородосодержащей смеси,
2
VHO - объем питьевой воды.
Параметры воздуха:
температура 20±2°С; содержание свободного кислорода - до 21%.
2
2
Параметры парогазовой смеси 2Н+О патента [3]:
температура 75±5°С; содержание свободного кислорода - до 30%.
2
2
2
Параметры парогазовой смеси НО+О патента [1]:
температура 75±5°С; содержание свободного кислорода - до 20%.
Концентрация свободного кислорода определена фотометрическим методом. Погрешность метода ±20%.
В таблице 1 представлены экспериментальные результаты исследований.
2
2
2
2
2
2
2
Для выявления пороговой концентрации НО+О в кислородонасыщенной питьевой воде, при которой количественно можно определить С HO, автором было проведено исследование влияния добавки в кислородонасыщенную питьевую воду фиксированного объема 3% раствора пероксида водорода (НО).
Полученные экспериментальные данные представлены в таблице 2.
Проведенное исследование (см. данные таблиц 1, 2) выявило недостатки известного технического решения [5]:
2
2
- отсутствие чувствительности метода к кластерным формам активированных плазмохимотронным методом О, Н и их соединений;
2
2
2
2
2
2
-4
-4
- количественное определение концентраций активных форм О, Н и их соединений в кислородосодержащей воде по активному соединению НО - до 5·10 М. Целью изобретения является повышение чувствительности физико-химического метода анализа по активным формам О, Н и их соединений в кислородонасыщенной воде и, как следствие, возможности их количественного определения при концентрации менее 5·10 М.
2
2
2
3
Техническая задача решается на основе открытия аномальных коллоидно-химических свойств пересыщенной кислородом парогазовой смеси НО+О патента [1] питьевой воды по отношению к питьевой воде, насыщенной в адекватных условиях кислородом воздуха, увеличивать не менее чем в 2,5-3,0 раза время устойчивого состояния освещенной УФ-светом ртутной лампы (λ=254 нм) белой водной суспензии AgCl, приготовленной смешиванием исследуемой питьевой воды с прозрачным водным раствором AgNO, имеющим фиксированную концентрацию.
-5
+
2
Нижняя граница чувствительности заявленного метода определена растворимостью водной суспензии соли AgCl в питьевой воде - 1,3·10 М (1,4 мг Ag/ л НО).
-8
-6
Для водных растворов AgBr и AgI нижняя граница чувствительности метода смещается в интервал концентраций 10-10 M
2
2
-4
+
Верхняя граница чувствительности метода определена растворимостью окиси серебра (AgO) в питьевой воде - 1,3·10 М (14 мг Ag/ л HO).
2
В окрашенной водной суспензии (например, белой суспензии AgCl), освещенной УФ-светом кварцевой лампы (λ=254 нм), AgO и металлическое серебро (Ag) образуется за счет фотохимических реакций уравнений (7)-(8):
,
2
2
Экспериментальные данные по определению активных форм О, Н и их соединений в кислородонасыщенной воде заявленным способом представлены на чертеже.
2
2
2
2
2
Возможность определения количества выделенного по фотохимическим реакциям (7), (8) серебра из водной суспензии до ее полного просветления (при постоянных температуре водной суспензии, концентрации AgCl, времени воздействия УФ-светом кварцевой лампы на водную суспензию серебра) позволяет использовать эффект увеличения во времени устойчивого состояния освещенной УФ-светом водной суспензии серебра, приготовленной на воде пересыщенной кислородом парогазовой смеси патента НО+О [1], для определения активных форм О, Н и их соединений в кислородонасыщенной воде
Ход анализа.
2
2
2
Отбирают в четыре сосуда фиксированные объемы проб питьевой воды, насыщенной одновременно кислородом воздуха и парогазовой смесью НО+О, в условиях эксперимента (табл.1).
Две пробы (см. чертеж, поз.1) - вода, насыщенная кислородом воздуха.
2
2
2
Две пробы (см. чертеж, поз.2) - вода, насыщенная парогазовой смесью НО+О.
3
Пробы воды смешивают с фиксированным объемом водного раствора AgNO, обеспечивающего образование белой водной суспензии AgCl.
+
-
-
2
Уровень концентрации Ag определяет концентрация ионов Cl в питьевой воде (от 20 до 30 мг Cl/ л НО).
+
-3
Концентрацию ионов Ag измеряют титрометрическим методом [2], предварительно отделив белый коллоидно-механический осадок AgCl ультрафильтрационной мембраной, с последующим его растворением в слабом (10 М) водном растворе азотной кислоты.
Ставят одновременно на анализ четыре пробы. Контрольные пробы поз.1, 2 (см. чертеж) помещают в темноту. Исследуемые пробы поз.1*, 2* (см. чертеж) помещают под УФ-свет ртутной лампы (λ=254 нм).
2
2
акт
Концентрацию активных форм O, Н и их соединений в кислородонасыщенной воде (ΔС) определяют при фиксированном во времени полном просветлении белой водной суспензии AgCl, приготовленной на питьевой воде, насыщенной кислородом воздуха, помещенной под УФ-свет ртутной лампы.
Уровень просветления белой водной суспензии AgCl фиксируют отсутствием изменений на шкале барабана фотометрического прибора (например, КФК-2) при сравнительном измерении оптической окраски исследуемого водного раствора и исходной питьевой воды.
1
2
где C и С - соответственно концентрация суспензии AgCl в
кислородонасыщенной питьевой воде, помещенной в темноту;
2
1
С* и C* - соответственно концентрация суспензии AgCl в
кислородонасыщенной питьевой воде, помещенной в УФ-свет от ртутной лампы.
Индекс «1» - питьевая вода, насыщенная кислородом воздуха;
2
2
2
Индекс «2» - питьевая вода, насыщенная парогазовой смесью НО+О.
2
2
2
2
2
акт
-5
Определенная из условий эксперимента (чертеж и табл.1) концентрация активных форм О, Н и их соединений в кислородонасыщенной парогазовой смесью НО+О питьевой воде оценивается величиной: ΔC=(3,3±0,6)·10 М (см. чертеж). Уровень погрешности заявленного метода колеблется от ±20 до ±30%.
2
2
2
2
-4
Полученный нами результат доказывает, что при низких концентрациях НО (не превышающих 5·10 М) устойчивые активные формы О, Н и их соединений реально существуют и входят в состав кислородонасыщенной воды. Они влияют на размер оболочки структурированной воды окружающей коллоидные частицы водной суспензии и, как следствие, дисперсность коллоидных частиц в кислородонасыщенной воде, увеличивая время распада частиц водной суспензии в УФ-свете от ртутной лампы в 2,5-3,0 раза.
2
2
Способ был использован при пуске и эксплуатации опытного производства бутилированной кислородонасыщенной питьевой воды «ОКСИ» (для анализа воды и подбора экологически чистого водного раствора электролита патента [1]). На основании рассмотренного выше материала заявитель считает, что техническая задача решена в полном объеме. Разработанный способ является конкурентоспособным на рынке оборудования для анализа бутилированных кислородонасыщенньгх вод, содержащих устойчивые энергонасыщенные формы О, H и их соединений.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
2
2
2
1. Зыков Е.Д., Щербак В.Н. Плазмохимотронный способ получения парогазовой смеси НO+O. Патент России №2171863 (С2) С25В 1/30, С25В 1/04, C02F 1/46, 30.07.1998 г.
2. Кульский Л.А. Основы химии и технологии воды. - Киев, «Наукова Думка», 1991, 568 с.
3. Вердиев М.Г. и др. Электролизер для получения смеси кислорода и водорода. Патент России №2091508, (С1), С25В 1/04, 27.09.97 г.
4. Гришин В.Г., Давыдов А.Д. Плазмодинамический реактор для нейтрализации протонов и дейтронов в природной воде. Материалы 9-й Росс.конф. по холодной трансмутации ядер химических элементов (РХТЯ-9), Дагомыс, Сочи, 30 сентября - 7 октября 2001 г. - М., 2002, с.107-110.
5. Перекись водорода и перекисные соединения. Под ред. Позина М.Е. М.-Л., Изд-во «ГНТИ химической литературы», 1951,432 с.
6. Уильям Дуглас. Целительные свойства перекиси водорода. Санкт-Петербург, Изд-во «Питер», 1998, 192 с.
2
2
7. Коургио Эн-мэрик и другие. Перекись водорода (НO) индуцирует актин и некоторые белки теплового шока в клетках дрозофилы.
«Eut. J. Biochem», 1988, 171, №1-2, p.163-170 (Аннотация статьи, см. Реферативный журнал «Биология», 7Т440, 1988 г.).
8. Воейков В.Л., Новиков К.Н. Хемилюминесцентный анализ питьевой воды, оксигенированной в плазмохимотронном реакторе. Международная конференция «Новые технологии в защите биоразнообразия в водных экосистемах. М., МГУ им. Ломоносова, май 2002 г., с.16-22 (тезисы докладов).