ИОНАТОР

Полезная модель относится к устройствам для введения в водные растворы, как одновременно ионов меди и серебра, так для приготовления растворов, содержащих только ионы серебра или только ионы меди. Изобретение может быть использовано в быту, в различных областях медицины, в фармакологии, в косметологии, в аквариумистике и в ветеринарии.
В настоящее время самая актуальная проблема - борьба с коронавирусом и другими инфекционными болезнями. Для этого очень важно повышать иммунитет, пользоваться в быту эффективными обеззараживающими растворами, пить дезинфицированную воду и напитки, уметь приготавливать в домашних условиях некоторые лекарственные препарат. В решении этих проблем может помочь ионатор, позволяющий создавать растворы, содержащие ионы меди и серебра. Медь, являясь совершенно незаменимым микроэлементом, кроме антимикробного действия обладает иммуностимулирующими, антиоксидантными и противовоспалительными свойствами. Так снижение числа исходных бактерий на 99% происходило за 10 часов при концентрации ионов меди 0.01 мг/л, за 3 часа при концентрации ионов меди 0.1 мг/л и через 1 час при содержании ионов меди 1 мг/л (Гутенев В.В., Хасанов М.Б., Монтвила О.И., Ажгиревич А.И., 2001, Бактерицидные свойства меди и влияние на них различных факторов.// Вода и экология: проблемы и решения. №3, с21-27; Ажгеревич А.И., 2011, Применение в химико-бактерицидных технологиях дезинфектантов, содержащих медь и цинк. // Экология урбанизированных территорий. №4. С 45-51). Серебро в ионном виде обладает иммуномодулирующим, бактерицидным, бактериостатическим, противовирусным, противогрибковым и антисептическим действием в отношении более чем 500 патогенных микроорганизмов. При этом ионы серебра обладают более сильным антимикробным эффектом, чем пенициллин, биомицин и другие антибиотики. Один миллиграмм ионов серебра в 1 литре воды в течении получаса вызывает инактивацию вирусов гриппа «А», «В», «Митре» и «Сендай (Букина Ю.А., Сергеева Е.А. 2012, Антибактериальные свойства и механизм бактерицидного действия наночастиц и ионов серебра. // Вестник Казанского технологического университета, Т 15. №14. С. 170-172.; Иванов В.Н., Ларионов Г.М, Кулиш Н.И., Лутцева М.А. и др., 1995, Некоторые экспериментальные и клинические результаты применения катионов серебра в борьбе с лекарственно-устойчивыми микроорганизмами. // Серебро в медицине, биологии и технике. Сиб. отд. РАМН, №4. С. 53-62).
Однако серебро не является катализатором биохимических реакций без участия меди, а значит не имеет самостоятельного значения для генерации биологической ткани. Наилучшие результаты достигаются при совместном присутствии в воде ионов меди и серебра при отношении ионов серебра к меди не менее 1/10000 (RU №2264220, А61К 33/38, 2005.11.20, авторы: Родимин Е.М., Родимин В.Е.)
Известна полезная модель «Пластиковая посуда с бактерицидными свойствами» (Антонов И.М., Антонов А.И., RU №104835, A47G 19/00, 27.05.2011, Бюл №15). При изготовлении этой посуды в полимер добавляли нанопорошок серебра. При использовании этой посуды наливаемые в нее жидкости насыщаются ионами серебра. Однако концентрация серебра значительно ниже, по сравнению с концентрацией ионов серебра, образующихся при использовании предлагаемой бактерицидной посуды. Так как площадь соприкосновения серебра и употребляемой жидкости в предлагаемой бактерицидной посуде значительно больше. Кроме этого, в этой известной пластиковой посуде не образуются ионы меди. Соответственно бактерицидное действие, получаемых в этой пластиковой посуде растворов, слабее, по сравнению с бактерицидными способностями растворов, получаемых в предлагаемом ионаторе.
Известна полезная модель «Ионатор для обеззараживания питьевой воды ионами серебра или меди и приготовления серебряных или медных водных растворов заданной концентрации» (Абдульменов Ф.Ф., RU 48530, U1, МПК C02F 1/46, 2005.10.27). Ионатор содержит сетевое электродозирующее устройство, где предусмотрена развязка по току, стабилизация тока и смена полярности. Ионатор имеет таймер, стабилизатор концентрации ионов и электроды из химически чистого серебра или меди. Электроды выполнены преимущественно треугольной формы и перфорированы круглыми отверстиями, заключены в диэлектрическую кассету аналогичной формы и перфорации, при этом кассета снабжена ручкой, имеющей форму ложки, для принудительного отделения ионов серебра или меди с электродов путем помешивания воды. Ионатор снабжен автономным источником питания, а в «ложку» вмонтирован электронный прибор (тестер) визуального контроля за количеством растворенного серебра или меди. С помощью этого ионатора можно получать растворы, содержащие ионы меди и серебра любой необходимой концентрации. Однако, этот известный ионатор является сложным устройством, имеет более высокую стоимость, по сравнению с предлагаемым ионатором. В этом известном ионаторе для выделения ионов в раствор используются внешние источники электропитания. Поэтому, использование ионатора в полевых условиях затруднено, его неудобно использовать в быту, требуется перелив употребляемой жидкости из рабочей емкости в необходимую для употребления посуду. Известный ионатор требует больше времени для очистки и для ухода за ним.
2
2
6
Наиболее близким аналогом (прототипом) является изобретение «Медно-серебряный ионатор и лечебное средство с антимикробным действием» (RU №2264220, А61К 33/38, 2005.11.20). Ионатор для приготовления лечебного средства антимикробного действия состоит из двух короткозамкнутых электродов, где один электрод выполнен из меди, а другой - из серебра (или посеребренной меди), при соотношении площади поверхности медного электрода, по отношению к площади поверхности серебряного электрода находится в пределах от 1:0,8 до 1:1. При этом витки спирали одного электрода расположены между витками спирали другого электрода с площадями поверхностей каждого электрода 10,5 см (±1,0 см). В ионаторе с соотношением площадей их электродов Cu/Ag: 1/0,8; 1/0,9; 1/1 были получены растворы, которые использовались во время утреннего и вечернего туалета: промывания полости носа и полоскания носоглотки. Испытания показали повышение резистентности к простудным заболеваниям и уменьшение частоты обострении хронических ЛОР-заболеваний. При этом по лечебному действию они не уступают раствору антибиотика, но выгодно отличается тем, что не оказывает угнетающего действия на реснитчатый эпителий. Никаких побочных явлений от применения раствора не отмечено. Растворы, содержащие ионы меди и серебра, полученные авторами известного патента, позволили существенно снижать концентрацию золотистого стафилококка, кишечной палочки, синегнойной палочки, кандида альбиканса, вируса полиомиелита. Физиологический раствор, содержащий медь - 1,0 мг/л, серебро - 0,0002 мг/л и лимонную кислоту - 100 мг/л, даже спустя год оказывал антимикробное действие на тест-микроорганизмы в их количестве 10 кл/мл. Это основные достоинства известного ионатора, которые могут быть реализованы и с помощью предлагаемого устройства.
2
2
Однако известный ионатор имеет и недостатки. В известном ионаторе площадь одного электрода 10,5 см. В предлагаемом ионаторе объемом 400 мл площадь каждого электрода на порядок больше 125 см. Соответственно для получения растворов одинакового объема и с одинаковой концентрацией ионов металлов, при использовании предлагаемого изобретения, понадобится меньше времени. Известный ионатор, в отличие от предлагаемого в изобретении не обладает универсальностью. Универсальность предлагаемого баионатора состоит в том, что она позволяет получать различные растворы. Растворы с отношением ионов серебра к меди не менее 1/5000, а также растворы, содержащие только ионы меди или только ионы серебра. Известный ионатор требует больше времени для очистки и для ухода за ней.
Задача предлагаемой полезной модели - создание растворов, содержащих только ионы меди или только ионы серебра, а также растворов с отношением ионов серебра к меди не менее 1/5000; ускорение процесса ионизации при тех же габаритах устройства путем увеличения площади поверхности электродов; облегчение процесса эксплуатации.
Поставленная задача достигается тем, что ионатор, содержащий медный анод и серебряный катод, при соотношении площадей их поверхностей, погружаемых в жидкость, от 1:0,8 до 1:1, что выполнен в виде открытой емкости, изготовленной из меди, которая служит анодом, а на дно и нижнюю внутреннюю поверхность емкости нанесено серебряное покрытие, которое служит катодом.
Предлагаемый ионатор, в его общем виде, представлен на изображениях:
на фиг. 1 - общий вид,
на фиг 2 - получение раствора, насыщенного ионами меди и серебра,
на фиг. 3 - получение раствора, насыщенного ионами меди и серебра, где:
1 - емкость из меди,
2 - серебряное покрытие,
3 - раствор, насыщающийся ионами меди и серебра,
4 - раствор, насыщающийся ионами меди,
5 - керамический или стеклянный стакан,
6 - раствор, насыщающийся ионами серебра.
Для решения данной задачи предлагается ионатор - это емкости различной вместимости. Емкости 1 могут иметь различную форму цилиндрическую, имеющую одинаковые диаметры вверху и внизу или расширяющиеся вверху. Например, вид стакана, стопки, чашки, ведра или миски. Эти емкости можно изготовить из меди высокой чистоты и нанести покрытие серебра 2 на нижнюю внутреннюю часть емкости, чтобы отношение внутренних поверхностей меди и серебряного покрытия были от 1:0,8 до 1:1. При этом необходимо учитывать, что жидкость наливается в посуду не до самого верха. Ионатор представляет из себя гальванический элемент, состоящий из контактирующих друг с другом меди и серебра, смачиваемых электролитом. В качестве электролита может использоваться низко концентрированный раствор лимонной кислоты (достаточно 100 мг/л) в дистиллированной воде, минеральная или питьевая вода, физиологический раствор с добавкой лимонной кислоты и другие электролиты в зависимости от цели приготовления раствора. В этой паре покрытий серебряное покрытие, имеющее стандартный потенциал +0,8 В, является катодным, а медное покрытие, имеющее стандартный потенциал +0,34 В, является анодным. В реально использующихся растворах потенциалы покрытий естественно будут отличаться от стандартных. Однако, в любых из приготавливаемых растворов, потенциал меди будет более отрицательным, по сравнению с потенциалом серебра. Соответственно медное покрытие будет анодом и будет растворяться быстрее, чем серебряное покрытие за счет протекания реакции (1):
.
При этом на поверхности серебряного покрытия образуется оксид серебра, который, медленно растворяясь, также переходит в раствор. Совокупность процессов можно выразить формулами:
Таким образом, для приготовления растворов, содержащих одновременно ионы меди и серебра 3, необходимо налить такое количество жидкости (электролита), чтобы она смачивала поверхности медного и серебряного покрытия в соотношении от 1:0,8 до 1:1 (фиг. 2). Для этого на внутренней поверхности ионатора сделаны две риски, показывающие до какого уровня следует наливать электролит.
Для приготовления профилактических растворов, содержащих только ионы меди 4, необходимо поместить емкость ионатора 1 внутрь другой неметаллической (стеклянной, керамической) емкости 5 с большим диаметром и налить жидкость между внешней медной поверхностью бактерицидной посуды и внутренней поверхностью другой неметаллической емкости, как это показано на фиг. 1.
Для приготовления профилактических растворов, содержащих только ионы серебра, следует налить жидкость внутрь емкости ионатора 1, чтобы ее верхний уровень не касался медного покрытия (фиг. 3). При приготовлении профилактических растворов, содержащих только медь или только серебро, время экспозиции следует существенно увеличить от нескольких часов до суток, так как в этих случаях растворение меди или серебра происходит значительно медленнее, не за счет работы гальванического элемента, а за счет контактного выделения. Это связано с тем, что растворимость меди и серебра очень низкая. Так растворимость серебра в воде 0,04 мкг/л при этом ионы серебра Ag+ образуют долго сохраняющие стабильность гидратированные ионы:
Пример
2
2
Емкости вместимостью 400 мл изготовили из меди высокой чистоты (99,99%) способом торцовой раскатки. Затем нанесли серебряное покрытие, используя железистосинеродисто-роданистые электролиты. Вначале в электролите предварительного серебрения. Для предотвращения контактного выделения серебра на медном покрытии концентрация серебра была уменьшена до 1-2 г/л. Нанесли серебреное покрытие только на внутреннюю нижнюю поверхность бактерицидной посуды. Диаметр емкости 8 см, площадь дна 50 см, высота 9 см, высота наливаемой жидкости 8 см. Для получения отношения 1:1 внутренних поверхностей медной к серебряной (смачиваемых жидкостью) наливали в емкость 150 мл электролита серебрения, т.е. на 3 см по высоте емкости. Устанавливали в электролит серебряный анод в чехле, который подключали к положительному полюсу выпрямителя. Емкость подключали к отрицательному полюсу выпрямителя и вели электролиз. Время электролиза в ванне предварительного серебрения 5 минут. В качестве основного электролита серебрения также использовали железистосинеродисто-роданистый электролит с концентрацией серебра 25-30 г/л. Составы электролитов и режимы электролиза приведены в книге Буркат Г.К. (Электроосаждение драгоценных металлов / Г.К. Буркат. - СПб.: Политехника, 2009. - 188 с.) Нанесенное серебряное покрытие имело толщину 24,9 мкм. Серебряные покрытия были матовыми, светлыми, ровными без видимых дефектов и выдержали испытания на прочность сцепления. Известный ионатор (прототип) с площадью каждого электрода 10,5 см в 400 мл физиологического раствора с добавлением 400 мг лимонной кислоты, при температуре жидкости 18-20°С в течение часа выделял 0,4 мг меди и 0,00008 мг серебра. Предлагаемый ионатор, изготовленный из меди с локальным серебреным покрытием в 400 мл в аналогичном растворе объемом 400 мл при отношении покрытий Cu/Ag 1:0,8 и температуре 18-20°С за час выделил 2,71 мг меди и 0,00056 мг серебра. Таким образом, скорость растворения меди и серебра увеличилась почти в 7 раз по сравнению с прототипом. При этом отношение ионов серебра к меди составило 1/4839. В профилактических растворах концентрация меди и серебра не должна превышать ПДК для воды питьевого водоснабжения. Соответственно 1 мг/л для меди и 0,05 мг/л для серебра. Поэтому для приготовления профилактических растворов, например, на дистиллированной воде с лимонной кислотой 100 мг/л, время экспозиции может составлять 10-15 мин
Предлагаемая полезная модель позволяет получить следующий технический результат - возможность создания растворов, содержащих только ионы меди или только ионы серебра, а также растворов с отношением ионов серебра к меди не менее 1/5000; повышение скорости ионизации (растворения медных и серебреных покрытий); облегчение процесса эксплуатации.