КОНЦЕНТРАТ ДЕЗИНФИЦИРУЮЩЕГО СРЕДСТВА
DISINFECTANT CONCENTRATE

Изобретение относится к дезинфицирующим средствам на основе пероксида водорода, предназначенным для дезинфекции бактериально зараженных поверхностей, питьевой воды, систем питьевого и технического водоснабжения, воды плавательных бассейнов, сточных вод.
Для дезинфекции в ветеринарии, медицине, фармацевтике, косметологии, обработке сточных вод, производстве продуктов питания и многих других областях широко применяется пероксид водорода, так как это наиболее безопасное средство, обладающее универсальным противомикробным действием. К нему чувствительны грамположительные и грамотрицательные бактерии, вирусы, многие виды патогенных грибов. Однако пероксид водорода недостаточно стабилен и, кроме того, исследованиями последних лет было обнаружено появление резистентности некоторых бактерий к пероксиду водорода (как и к антибиотикам). Кроме того, бактерицидная активность пероксида водорода быстро снижается в присутствии органических остатков. В частности, в инструкции по применению дезинфицирующего средства на основе пероксида водорода "Оксилизин" производства ООО НПФ "Экотех" отмечается, что в присутствии загрязнений органического происхождения (молочный жир, нативный и денатурированный белок) дезинфицирующая активность рабочих растворов снижается. Поэтому перед дезинфекцией требуется предварительная очистка поверхностей растворами поверхностно-активных и других моющих веществ.
Бактерицидные свойства серебра и его соединений известны уже много столетий. За это время не было выявлено ни одного случая привыкания к нему патогенной флоры. Было установлено, что «серебряная вода» активнее хлора, хлорной извести, гипохлорита натрия и других сильных окислителей, в 1750 раз сильнее карболовой кислоты и в 3,5 раза - сулемы (в одинаковой концентрации) (Кульский Л.А. Серебряная вода.- 9-е изд., перераб. и доп.- К.: Наук. думка, 1987.- 134 с.). Поэтому соли серебра широко используют в различных составах дезинфицирующих средств.
Например, дезинфицирующий водный раствор (патент РФ №2130964) для дезинфекции различных помещений и мест общественного пользования, содержащий (масс.%:):
Ионы серебра
0,1·10<sup>5</sup>-1,0
Азотная кислота или ее калиевая или натриевая соль
0,25-5,0
Моющее средство
1,0-2,0
Вода
остальное
Область применения этого средства достаточно ограничена, а для его получения требуется специальное оборудование для электролиза.
Было установлено, что дополнительное введение в питьевую воду наряду с серебром перекиси водорода в концентрации 3 мг/л позволяет получить надежный обеззараживающий эффект при дозе серебра 0,05 мг/л и времени контакта 20 минут. Антимикробный эффект серебра и перекиси водорода сохраняется даже при внесении в пробы воды добавочного заражения Escherichia соli. При комплексном воздействии серебра и перекиси водорода на микробную клетку необратимо ингибируются транспортные процессы в цитоплазматической мембране и окисляются липиды всех биомембран микробов (Интенсификация процессов обеззараживания воды. Под ред. Л.А.Кульского, Киев, Наукова думка, 1978, 96 с.). С учетом этого разработаны средства, включающие наряду с пероксидом водорода соли серебра, например, концентрат дезинфицирующего средства для дезинфекции питьевой воды, труб питьевого водоснабжения, водопроводных сетей, воды плавательных бассейнов (патент РФ №2187460), содержащий (масс.%):
Пероксид водорода
35-40
Соль серебра
1,0-2,0
Спирт
0,05-1,0
Вода
остальное
К недостаткам этого изобретения следует отнести низкую стабильность концентрата в процессе хранения, вызванную каталитическим воздействием ионов серебра на процесс разложения пероксида водорода. Этот процесс протекает весьма активно, так как ионы серебра в заявленном составе не связаны в прочные комплексные соединения. Кроме того, рабочие составы аналога обладают низкой дезинфицирующей способностью при обработке поверхностей, загрязненных органическими субстратами.
Несмотря на то, что пероксид водорода представляет собой достаточно стабильный продукт, возможно активное разложение концентрированных растворов пероксида водорода (вплоть до взрыва) при их загрязнении, в частности, катионами металлов. Поэтому для получения стабильных концентратов дезинфекционных средств на основе соединений серебра и пероксида водорода необходимо катионы серебра перевести в прочные комплексные соединения.
Наиболее близким к предлагаемому по совокупности существенных признаков является изобретение (патент США №4915955), в котором описан способ получения и состав концентрата дезинфицирующего средства на основе пероксида водорода. Концентрат представляет собой раствор пероксида водорода 35-50% концентрации, содержащий неорганическую кислоту (выбранную из группы соляной, серной или фосфорной) в количестве, необходимом для создания рН меньше или равного 1, 6, соль серебра или его коллоидное соединение в количестве 0,05-0,1 масс.% (в пересчете на металлическое серебро), комплексообразователь, из числа винной и лимонной кислот, в количестве 0,05-0,1 масс.%.
Способ получения этого средства предусматривает разбавление неорганической кислоты очищенной водой до рН меньше или равного 1,6, смешивание при 50-60°С соли серебра с разбавленной неорганической кислотой, охлаждение до 25-30°С и добавление кислоты, чтобы ее общее количество было эквивалентно количеству серебра. При температуре 20-25°С вводят органическую кислоту (винную или лимонную) для стабилизации соединений серебра, смесь гомогенизируют. Далее полученную смесь при температуре не выше 20°С смешивают с 35-50% водным пероксидом водорода. Это средство рекомендуется использовать для стерилизации воды, пищевых продуктов, кормов для животных, поверхностей и т.п.
Рабочие растворы, полученные из этого концентрата, не будут достаточно эффективными для обработки в присутствии органических загрязнений, которые практически всегда присутствуют на дезинфицируемых поверхностях.
Кроме того, технология получения концентрата дезинфицирующего средства отличается многократностью изменения температуры растворов в процессе синтеза прочных комплексных соединений серебра - основной операции получения концентрата дезинфицирующих средств на основе серебросодержащего пероксида водорода, за счет чего существенно увеличиваются время процесса, расход электроэнергии и усложняется аппаратурное оформление технологического процесса.
Задачей настоящего изобретения является создание средства (концентрата) на основе пероксида водорода и комплексов серебра, имеющего высокую стабильность и проникающую способность через загрязнения к патогенной флоре и за счет этого большую эффективность и упрощение, удешевление технологии получения концентрата дезинфицирующего средства.
Поставленная задача решается предлагаемым концентратом дезинфицирующего средства, включающим пероксид водорода, растворимую соль серебра, комплексообразователь и регулятор кислотности. При этом средство дополнительно содержит диметилсульфоксид при следующем соотношении компонентов (масс.%):
Пероксид водорода
35,0-59,0 (в пересчете на 100% пероксид)
Растворимая соль серебра
5·10<sup>-6</sup>-1,5 (в пересчете на металлическое серебро)
Регулятор кислотности
до рН не более 4
Комплексообразователь
до эквимолярного соотношения с катионами серебра
Диметилсульфоксид
0,1-5,0
Вода
остальное
Существенным отличием предлагаемого средства является включение в его состав диметилсульфоксида в количестве 0,1-5 масс.%
ДМСО является малотоксичным веществом, относится к 4 классу опасности (ЛД50 для различных видов животных при приеме с пищей лежит в пределах от 2 до 12 г ДМСО на 1 кг живого веса) и разрешен к медицинскому применению (ФС 42-2980-98) под торговой маркой Димексид.
Известное свойство диметилсульфоксида (ДМСО) - образовывать комплексы практически со всеми металлами и повышать устойчивость других комплексных соединений неожиданно позволило проводить синтез прочных комплексных соединений серебра при комнатной температуре, что позволило существенно упростить и удешевить технологический процесс. Как будет показано ниже, эти упрощения никак не сказались на стабильности высококонцентрированных растворов пероксида водорода в присутствии серебра.
Известно, что ДМСО легко проникает через различные биомембраны, в том числе проникает в кору деревьев и древесину (Кукушкин Ю.Н. Диметилсульфоксид - важнейший апротонный растворитель. СОЖ, 1997, №9, с.54-59). Это весьма важно при дезинфекции некрашеных деревянных поверхностей, когда бактериальное заражение затронуло не только их поверхность, но и объем.
-7
-6
Как отмечается в многочисленных исследованиях, серебро обладает олигодинамическим характером действия на патогенную флору. В присутствии пероксида водорода эффективная бактерицидная концентрация серебра в рабочих дезинфицирующих растворах снижается и составляет от 0,005 до 100-500 мг/литр или от 5·10 до 0,01-0,05 масс.% (Интенсификация процессов обеззараживания воды. Под ред. Л.А.Кульского, Киев, Наукова думка, 1978, 96 с.). Исходя из этого для концентрата дезинфицирующего средства, содержащего 35-59% пероксид водорода, эффективная бактерицидная концентрация серебра будет составлять от 0,05 до 15000 мг/литр в пересчете на металлическое серебро или от 5·10 до 1,5 масс.%.
Как показала практика применения дезинфицирующих средств, полученных по технологии прототипа, максимальная эффективная концентрация пероксида водорода в рабочих дезинфицирующих растворах не превышает 5% в пересчете на 100% пероксид водорода.
Содержание ДМСО в концентрате (59% раствор пероксида водорода) не должно быть меньше 0, 1% (см. таблицу, пример 1). Для менее концентрированных растворов пероксида водорода (35 и 50%) минимальное содержание ДМСО в концентрате дезинфицирующего средства должно быть выше.
Пероксид водорода представляет собой достаточно стабильный продукт. Ежегодное снижение концентрации активного кислорода допускается до 1% в год. Однако при повышенных показателях рН (щелочные среды) раствор становится менее стабильным и происходит интенсивное разложение с выделением кислорода. Поэтому концентрированные растворы пероксида водорода обычно доводят до кислой среды, где уровень рН не превышает 4. Создание кислой среды обычно осуществляется добавлением концентрированных крепких минеральных кислот - серной, азотной, фосфорной. Использование фосфорной кислоты, как регулятора кислотности, при получении серебросодержащих концентратов дезинфекционных средств допускается, т.к. фосфаты серебра в кислой среде не выпадают в осадок.
Для получения стабильных концентратов дезинфекционных средств на основе серебросодержащего пероксида водорода необходимо катионы серебра его азотнокислой соли (наиболее распространенное и дешевое исходное сырье) перевести в прочные комплексные соединения. Это осуществляется введением в состав концентрата комплексообразователей: лимонной и винной кислот, тиосульфатов, тиомочевины и др. Количество комплексообразователя определяется стехиометрической реакцией образования комплексного соединения. Например, для винной кислоты количественное (эквимолярное) соотношение: ионы серебра/кислота составляет 0,46, а для лимонной кислоты - 0,59. Наиболее предпочтительно для полной уверенности в завершении реакции количество комплексообразователя увеличивать на 5-10%.
Наиболее распространенными коммерчески выпускаемыми концентрациями пероксида водорода являются: 30%, 35%, 50%, 59%, 60% и 70% по массе. Из них 60 и 70 процентные концентрации являются весьма опасными для транспортировки и работы. Поэтому для изготовления концентрата дезинфицирующего средства предлагается применять пероксид водорода с коммерчески выпускаемыми концентрациями 35, 50 и 59%. Меньшие концентрации пероксида водорода повышают стоимость концентрата из-за увеличения транспортных расходов, в пересчете на 100% пероксид.
Возможность осуществления заявляемого изобретения показана на следующих примерах.
Пример 1
В сосуде из темного стекла готовят раствор 1,57 г азотнокислого серебра в 5 мл дистиллированной воды, затем при перемешивании добавляют 1,1 мл ДМСО. Отдельно в 5 мл дистиллированной воды растворяют 0,5 г винной кислоты и вливают в раствор соли серебра, затем при перемешивании добавляют 0,9 мл концентрированной фосфорной кислоты. Все операции проводятся при комнатной температуре и дневном освещении.
Примеры 2-4
Составы комплексных соединений серебра готовят аналогично
примеру 1, но с другими количествами ДМСО:
пример 2 - 11 мл
пример 3 - 58 мл
пример 4 - 123 мл
Для приготовления концентратов дезинфицирующих средств каждый из полученных растворов комплексных солей серебра растворяют в 1 литре 50%-ного пероксида водорода. Таким образом, содержание ДМСО в концентратах дезинфицирующих средств по примерам 1-4 составляет (масс.%):
пример 1 - 0,1
пример 2 - 1,0
пример 3 - 5,0
пример 4 - 10,0
Пример 5 (ближайший аналог)
К 10 мл дистиллированной воды из бюретки по каплям приливают концентрированную фосфорную кислоту до значения рН 1,4, после чего раствор нагревают до 55°С и при свете красной лампы добавляют при перемешивании 1,57 г азотнокислого серебра (что в пересчете соответствует 1 г металлического серебра). Затем полученный раствор охлаждают до 30°С и вновь добавляют фосфорную кислоту, чтобы общее ее количество составляло 0,9 мл. После охлаждения раствора до 20°С добавляют при перемешивании 0,5 г винной кислоты.
Для приготовления концентрата дезинфицирующего средства по прототипу полученный раствор комплексной соли серебра растворяют в 1 литре 50%-ного пероксида водорода.
Как уже отмечалось, пероксид водорода в присутствии катионов тяжелых металлов становится нестабильным и может активно разлагаться. Поэтому определение стабильности металлосодержащих растворов пероксида водорода является обязательным контролируемым параметром технологического процесса. Стабильность серебросодержащих концентрированных растворов пероксида водорода определяли методом ускоренных испытаний по методике АИЛ «Малолитражные химические продукты» РНЦ «Прикладная химия». Методика основана на определении изменения концентрации пероксида водорода после 24 часовой выдержки растворов при 96°С. Допускаемая абсолютная суммарная погрешность результата измерения ±0,05% при доверительной вероятности 0,95.
Значения стабильности и эффективности концентратов дезинфицирующих средств по примерам 1-5 приведены в таблице. Эти данные показывают, что добавки ДМСО приводят к повышению стабильности серебросодержащих концентратов дезинфицирующих средств на основе пероксида водорода.
-3
Концентраты дезинфицирующих средств в чистом виде не применяются для дезинфекции. В зависимости от вида и степени бактериального заражения поверхностей, способа нанесения дезинфицирующего средства они разбавляются водой. При этом содержание концентрата в дезинфицирующем средстве колеблется от 0,1 до 5-6%. Бактерицидные свойства составов по примерам 1-5 изучали на 1%-ных водных растворах соответствующих концентратов дезинфицирующих средств. При этом содержание пероксида водорода и серебра в дезинфицирующих 1% растворах было постоянным и составляло соответственно 0,595 и 10%. Количество ДМСО в дезинфицирующих 1% растворах концентрата по примерам 1-4 составляло (масс.%):
пример 1 - 0,001
пример 2 - 0,01
пример 3 - 0,05
пример 4 - 0,10
8
2
В качестве тест-среды использовалась кишечная палочка Escherichia coli. Из ее суточных культур готовилась взвесь, содержащая приблизительно 2·10 КОЕ/мл. На тест-объекты (обезжиренные и стерильные пластины из нержавеющей стали) наносят по 0,5 мл полученного инокулюма и равномерно распределяют по поверхности. Для имитации белкового загрязнения дезинфицируемых поверхностей в инокулюм добавляют по 10% сыворотки крови крупного рогатого скота и стерильного цельного молока. Затем контаминированные тест-объекты высушивают и методом распыления пульверизатором на них наносят дезинфицирующие растворы в количестве 1 мл на 100 см поверхности. После необходимой экспозиции методом смывов в стерильный 0,5% раствор бисульфита натрия (нейтрализатора неразложившегося пероксида водорода) с тест-объектов берется проба для бактериологических исследований на твердой питательной среде. Посевы выдерживают в термостате при температуре 37°С в течение 24 часов. При отсутствии жизнеспособных клеток Escherichia coli дезинфекция считается эффективной.
Результаты испытаний бактерицидных свойств предлагаемого концентрата приведены в таблице.
Анализ этих результатов показывает, что увеличение концентрации ДМСО в серебросодержащих концентратах дезинфицирующих средств на основе пероксида водорода с 5 масс.% (пример 3) до 10 масс.% (пример 4) уже не приводит к существенному увеличению стабильности концентрата и бактерицидных свойств рабочих растворов на его основе.
Технический эффект предлагаемого концентрата обусловлен тем, что включение ДМСО в состав концентрата приводит к повышению устойчивости комплексов серебра, существенно облегчает диффузию связанных с ним веществ через биологические преграды, дает синергетический бактерицидный эффект с ионами серебра.
Таким образом, предлагаемый концентрат дезинфицирующего средства обладает высокой стабильностью, является эффективным, особенно в присутствии органических загрязнений, и простым в изготовлении.
Пример
Состав бактерицидной составляющей дезинфицирующих растворов
Время дезинфекции, мин
Стабильность концентрата, %
20
30
60
90
120
1
0,595% Н<sub>2</sub>O<sub>2</sub> + 10<sup>-3</sup>% Ag + 0,001% ДМСО
+
+
±
-
-
99,2
2
0,595% Н<sub>2</sub>O<sub>2</sub> + 10<sup>-3</sup>% Ag + 0,01% ДМСО
+
±
-
-
-
99,5
3
0,595% Н<sub>2</sub>O<sub>2</sub> + 10<sup>-3</sup>% Ag + 0,05% ДМС
±
-
-
-
-
99,6
4
0,595% Н<sub>2</sub>O<sub>2</sub> + 10<sup>-3</sup>% Ag + 0,1% ДМСО
±
-
-
-
-
99,7
5
0,595% Н<sub>2</sub>O<sub>2</sub> + 10<sup>-3</sup>% Ag (ближайший аналог)
++
+
+
±
-
99,1
++ - обильный рост+ - множественные колонии± - отдельные колонии- - отсутствие роста