Динамическое спектрофотометрическое исследование процессов, происходящих при озонировании воды и растворов хлорида натрия

ДИНАМИЧЕСКОЕ СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ ПРИ ОЗОНИРОВАНИИ ВОДЫ И РАСТВОРОВ ХЛОРИДА НАТРИЯ В.А. Кудрявцев, А.А. Галкин

ГОУ ВПО «Кировская государственная медицинская академия» Минздрава России, Киров, Россия

Abstract

The aim of this investigation is dynamic spectrophotometry estimation of side products, generating during the ozonation of saline solutions. We studied the specialties of the ozonation (ozone concentration - 20 mg/l) of water and different saline solutions. For these experiments spectrophometer SF-46 is connecting with computer was used. Investigation included the monitoring of optic density of water and saline solutions before exposure (during 60 sec.), in ozonation time (500 sec.) and after it (during 200 sec.). It was stated that absorption dynamics at wave length 295 nm, is charactering for hypochlorite, are fully correlated with it at 255 nm. At other side, the dynamics of absorption at 220 nm, is associated with hydrogen peroxide level, is differ from ozone absorption. It is indicated on deposition of the hydrogen peroxide in estimated solutions.

Key words: ozone, decomposition, dissolution, water solutions, spectrophotometry

Целью исследования является динамическое спектрофотометрическое определение побочных продуктов, образующихся при озонировании растворов хлорида натрия. Изучали особенности озонирования воды и водных растворов хлорида натрия различных концентраций (концентрация озона - 20 мг/л). Для исследования использовался спектрофотометр СФ-46, подключенный к персональному компьютеру и специально переоборудованный с целью динамического наблюдения за исследуемым объектом. Наблюдение проводили в контрольном периоде в течение 60 с. , непосредственно в период озонирования -500 с., и в последующий период разрушения озона в растворе - в течение - 200 с. Оценивалась динамика оптической плотности по трём длинам волн — 220 нм, 255 нм и 295 нм с периодом в 1 с. с последующим усреднением данных за 10 с. Установлено, что динамика поглощения на длине волны 295 нм, характерной для гипохлорита и других хлоркислородных соединений, полностью повторяет динамику на длине 255 нм. Динамика поглощения на длине 220 нм, характерной для перекиси водорода, отличается от динамики поглощения озона, что особенно заметно при озонировании высоких концентраций NaCl (5 % и 10 %) и указывает на накопление и сохранение перекиси водорода в изучаемых растворах.

Ключевые слова: озон, распад, растворимость, водные растворы, спектрофотометрия

В настоящее время все более широкое применение в медицинской практике методов озонотерапии, в том числе с использованием озонированного физиологического раствора привлекло внимание к изучению процессов растворимости и распада озона в среде носителе [1-5]. Было обнаружено, что при использовании различных методов определения концентрации озона в физиологическом растворе наблюдаются значительные расхождения. Исходя из механизма протекающих химических реакций при озонировании воды и водных растворов, наблюдаемое расхождение объясняется образованием побочных продуктов [6]. Из них предполагается, что в растворах хлорида натрия наиболее вероятными веществами являются гипохлорит или другие хлоркислородсодержащие ионы и перекись водорода. Это послужило причиной поиска веществ, образующихся при озонировании, и оказывающих влияние на результаты измерений [3-5]. Однако предпринятые специальные исследования Г.А. Бояринова с соавт. [4, 7] не выявили наличия в озонированном растворе гипохлорита или каких-либо других хлоркислородсодержащих ионов. Тем не менее, в результате наших исследований было обнаружено, что при озонировании растворов хлорида натрия в них образуется некое вещество, обладающее окислительной способностью, концентрация которого напрямую зависит от концентрации хлорида натрия [5]. В спектральных исследованиях Зинченко В.Д. и соавт. [7] также обнаружено при озонировании физиологического раствора наличие некоторого вещества имеющего максимум поглощения на длине волны 212 нм. Стоит отметить, что спектральное изучение озонированных водных растворов затруднено из-за широкого спектра поглощения озона, который «закрывает» собой спектры большинства других кислородсодержащих соединений.

Целью данного исследования является динамическое спектрофотометрическое определение побочных продуктов, образующихся при озонировании растворов хлорида натрия.

Материалы и методы исследования

Объектом исследования были вода и водные растворы хлорида натрия различных концентраций, в том числе и физиологической. Озонирование проводили озонатором М-50 в режиме 20 мг/л. Для исследования использовался спектрофотометр СФ-46, подключенный к персональному компьютеру и специально переоборудованный с целью динамического наблюдения за исследуемым объектом. Наблюдение проводили в контрольном периоде в течение 60 с, непосредственно в период озонирования - 500 с, и в последующий период разрушения озона в растворе - в течение - 200 с. Оценивалась динамика оптической плотности по трём длинам волн — 220 нм, 255 нм и 295 нм с периодом в 1 с с последующим усреднением данных за 10 с. Данные длины волн были выбраны как характерные спектры поглощения для перекиси водорода, озона и гипохлорита натрия, наиболее вероятных продуктов, образующиеся при озонировании растворов N0.

Результаты исследований и их обсуждение

В результате проведения исследования было обнаружено, что динамика оптической плотности при озонировании дистиллированной воды на всёх трёх

исследуемых длинах волн параллельно и закономерно изменяется вместе с концентраций озона в воде. С целью доказательства этого были рассчитаны отношения оптической плотности на длинах 220 нм и 295 нм к оптической плотности на длине 255 нм. Наблюдается практически линейная закономерность в обоих случаях. При этом среднее отношение оптической плотности 220 нм/255 нм (К-220) составляет 0,263 ± 0,002 (Р = 0,95), а 295 нм/255 нм (К-295) - 0,135 ± 0,002 ^ = 0,95). Закономерные изменения оптической плотности на всех трёх длинах волн связаны с широким спектром поглощения озона.

Динамика оптической плотности физиологического раствора хлорида натрия при озонировании подобна изменениям, обнаруживаемым в дистиллированной воде. Отличия касаются, во-первых, более низкий уровень оптической плотности на длине волны 255 нм, что связано с меньшей насыщаемостью озоном физиологического раствора хлорида натрия. В то время как, на длинах волн 220 нм и 295 нм заметного снижения оптической плотности не наблюдается. И, как следствие, обнаруживаются более высокие величины отношение оптических плотностей в физиологическом растворе по сравнению с дистиллированной водой - для К-220 - 0,334 ± 0,004 (Р = 0,95), для К-295 - 0,183 ± 0,001 (Р = 0,95). Во-вторых, отмечается более быстрое снижение оптической плотности на всех трёх длинах волн после прекращения озонирования, что характеризует более быстрое разрушение озона в физиологическом растворе хлорида натрия.

Динамика К-295 у физиологического раствора, так же как у дистиллированной воды, имеет практически линейных характер. В то время как динамика К-220 имеет отличие - после прекращения озонирования имеется достоверная тенденция к росту. Было рассчитано, что при сохранении данной динамики примерно через 80 минут после окончания озонирования оптическая плотность на длине волны 220 нм превысит оптическую плотность на длине 255 нм, но её значения будут находиться в пределах ошибки спектрофотометра, следовательно, не измеримы при данных условиях. Это может свидетельствовать о наличии побочных продуктов, образующихся в физиологическом растворе при его озонировании, в первую очередь, обладающих спектром поглощения характерным для перекиси водорода.

Динамика оптической плотности при озонировании более концентрированных растворов №С1 от предыдущих: наблюдается закономерное снижение оптической плотности на длине волны 255 нм во время озонирования, а также ускорение снижения по окончании озонирования. Это характеризует уменьшение растворимости озона в растворе №С1 и увеличении скорости его распада с увеличением концентрации №С1.

Динамика К-295 5 % растворе №С1 была линейной и практически не отличалась от аналогичного показателя в физиологическом растворе, средняя величина составила 0,187 ± 0,003 (Р = 0,95). В 10 % растворе №С1 динамика тоже была линейной, но средняя величина значительно выше - 0,395 ± 0,008 ^ = 0,95).

Динамика оптической плотности на длине 220 нм резко отличается от описанных выше в дистиллированной воде и физиологическом растворе хлорида натрия:

- превышение уровня оптической плотности на длине волны 220 нм над уровнем, наблюдаемым на 255 нм: в 5 % растворе хлорида натрия это происходит через 200 с после окончания озонирования; в 10 % растворе - через 40 с;

- оптическая плотность на длине 220 нм практически не снижается после прекращения озонирования, особенно в 10 % растворе хлорида натрия.

Это достоверно указывает на наличие в растворе вещества, которое не распадается после прекращения озонирования и обладает спектром поглощения характерным для перекиси водорода. Исходя из химизма возможных реакций [8], наиболее вероятным веществом в данном случае является именно перекись водорода.

Кроме этого, в 10 % растворе хлорида натрия динамика повышения оптической плотности на длине 220 нм отличается тем, что имеет линейный характер вплоть до прекращения озонирования. Это указывает на отсутствие у данного вещества порога насыщения и достаточно хорошую растворимость, лучшую, чем у озона.

Заключение

В настоящем исследовании обнаружено увеличение относительного поглощения на длинах волн 295 нм и 220 нм с увеличением концентрации хлорида натрия при его озонировании. Динамика поглощения на длине волны 295 нм, характерной для гипохлорита и других хлоркислородных соединений, полностью повторяет динамику на длине 255 нм. Это свидетельствует о том, что, возможно, данные продукты образуются при озонировании растворов хлорида натрия, но являются промежуточными неустойчивыми соединениями, концентрация которых полностью зависит от концентрации озона в растворе.

Динамика поглощения на длине 220 нм, характерной для перекиси водорода, отличается от динамики поглощения озона, что особенно заметно при озонировании высоких концентраций NaCl (5 % и 10 %) и указывает на накопление и сохранение перекиси водорода (или подобного вещества) в системе. Вследствие этого при прекращении озонировании, после разрушения озона в растворе хлорида натрия в нём обнаруживается только перекись водорода, что следует учитывать при использовании озонированных растворов хлорида натрия на практике.

Список литературы

1. Лунин В.В., Попович М.П., Ткаченко С.Н. Физическая химия озона. Издательство московского университета, 1998.

2. Родоман Г.В., Лаберко Л.А., Оболенский В.Н., Коротаев А.Л., Никитин В.Г. Озонотерапия при лечении больных с хирургической инфекцией // Российский медицинский журнал. 1999. №4. С. 32-35.

3. Бояринов Г.А., Гордецов А.С., Бояринова Л.В. с соавт. // Озон и методы эфферентной терапии в медицине: Тез. докл. III Всероссийской научно-практической конференции. - Нижний Новгород, 1998. С. 6-9.

4. Бояринов Г.А., Бояринова Л.В., Соколов В.В. с соавт. // Озон и методы эфферентной терапии в медицине: Тез. докл. III Всероссийской научно-практической конференции. - Нижний Новгород, 1998. С. 9-11.

5. Кудрявцев В.А. Большухин С.Ю. К вопросу озонирования растворов хлорида натрия // Нижегородский медицинский журнал. Прил. «Озонотерапия». 2005. С. 44-45.

6. Алёхина С.П., Щербатюк Т.Г., Озонотерапия: клинические и экспериментальные аспекты. Н.Новгород, Литера, 2003. 240 с.

7. Зайцев В.Я., Константинова М.Л., Подмастерьев В.В., Разумовский С.Д. // Озон и методы эфферентной терапии в медицине: Тез. докл. III Всероссийской научно-практической конференции. - Нижний Новгород, 1998. С. 3-4.

8. Зинченко В.Д., Мусина И.А., Голота В.И., Таран Г.В. О динамике насыщения озоном водных растворов хлористого натрия // Нижегородский медицинский журнал. Прил «Озонотерапия». 2005. С. 41-42.