Исследование релаксационных и антиоксидантных характеристик электрохимически активированной воды

Химические науки

Аронбаев Д.М.

к.х.н., доцент кафедры органической и неорганической химии Самаркандского государственного университета им. А.Навои (СамГУ), г. Самарканд, Узбекистан

Мусаева С.А.

магистрант II года обучения СамГУ; Эргашев И.Э., к.х.н, доцент кафедры аналитической химии СамГУ

Васина С.М.

к.х.н., доцент кафедры физической химии и химической экологии СамГУ

Аронбаев С.Д.

докторант, и.о. заведующего научноэкспериментальной лаборатории «Экологические системы и приборы» СамГУ

Тен В .А.

ст.научный сотрудник лаборатории «Экологические системы и приборы» СамГУ

Грехнева Е.В.

к.х.н. доцент кафедры Химии Курского государственного университета

Домашева О.Ю.

студент кафедры Химии Курского государственного университета

Исследование релаксационных и антиоксидантных характеристик электрохимически активированной воды

Аронбаев Д.М., Мусаева С.А., Эргашев И.Э.,

Васина С.М., Аронбаев С.Д., Тен В.А.

Введение

Практическое использование электрохимически активированной (ЭХА) воды в различных отраслях народного хозяйства, медицине и быту позволило произвести переоценку концепции обеспечения экологической безопасности ряда технологических процессов, предусматривающих применение жидких сред, что послужило предпосылкой создания целого ряда инновационных технологий [1,2]. В то же время теория ЭХА воды еще только развивается, и пока не приобрела законченную стройность. В качестве параметров сравнения используются лишь значения рН и окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) католита, получившего в народе название «живая вода» и анолита — «мертвая вода» [3]. Еще нет единого критерия оценки уникальных свойств ЭХА-воды, не систематизированы наблюдения за релаксационными свойствами элек-троактивированных жидкостей, не установлены сроки и условия их хранения без каких-либо потерь качеств. В то же время определение антиоксидантной активности (АОА) ЭХА-воды, на наш взгляд, позволит объяснить ряд свойств, в том числе и целебных электрохимически активированных жидкостей.

Целью настоящей работы является исследование антиоксидантных и релаксационных характеристик католита и анолита.

Экспериментальная часть

ЭХА-воду получали в диафрагменном электролизере «Эсперо-1», с полезным объемом 1,5 л с графитовым анодом и катодом из нержавеющей стали. Соотношение видимой поверхности катода к аноду ~ 10:1. Электролитом служила вода из водопроводной сети г. Самарканда с общей минерализацией 0,45 ± 0,17 г/дм3. Время электролиза контролировали с использованием электронного таймера. Определяли рН, ОВП, плотность, вязкость и АОА.

Измерения рН проводили с использованием иономе-ра И-130 со стеклянным рН-электродом ЭСЛ-63-07. ОВП определяли с помощью платинового микроэлектрода ЭПВ-

1. Антиоксидантную активность образцов воды оценивали методом катодной вольтамперометрии по первой волне электровосстановления растворенного кислорода [4] на серебряном рабочем электроде на фоне 0,05М фосфатного буфера с рН 6,86 и с помощью разработанного портативного амперометрического датчика для определения суммарной антиоксидатной активности [5]. Также использовали кислородомер “ТЬЕМОМШЯ/ — N5221” (фирма МЕИА-Е1МА, Польша) с электродом Кларка и кондуктометр N5721 той же фирмы.

Плотность образцов воды определяли пикнометриче-ским методом. Динамическую вязкость — с использованием стеклянного визкозиметра ВПЖ-4 с диаметром капилляра 0,86 мм.

Результаты и их обсуждение

При электрохимической активации слабоминерализованной воды в диафрагменном электролизере получают две фракции: католит и анолит. Католит сразу же после приготовления представляет собой воду с оседающим хлопьевидным осадком. При этом, чем выше общая минерализация воды, тем больше осадка.

Наиболее важным параметром воды, с точки зрения современной биологии и медицины, является величина ее отрицательного ОВП [6,7]. ОВП, очевидно, связан со спо-

Химические науки

собностью ЭХА-воды проявлять антиоксидантную активность.

Учитывая механизмы электроактивации воды, нами было сделано предположение о правомочности применения вольтамперометрических методов для измерения АОА по способности антиоксидантов влиять на процесс катодного электровосстановления кислорода в электрохимической системе [4]. Вольтамперометрический метод определения антиоксидантной активности веществ основан на сравнении аналитического сигнала, возникающего в результате деполяризации рабочего электрода в растворе электролита (0,05М фосфатный буфер, рН = 6,86) до и после введения в него вещества антиоксиданта.

Модификация этого способа, предложенная нами, заключается в оценке АОА исследуемых веществ относительно 1% раствора аскорбиновой кислоты [8]. Для этого сначала калибруют амперометрический датчик, устанавливая преобразованные значения тока деполяризации катода (посеребряная медная проволока) в буферном растворе (0,05М фосфатный буфер, рН6,86) на «0» и в 1% растворе аскорбиновой кислоты, устанавливая его на «100». Таким образом, становится возможной прямая оценка суммарной АОА относительно АОА аскорбиновой кислоты — известного и широко распространенного антиоксиданта [9,10]. Корреляция и адекватность измерений АОА предложенным способом, была подтверждена измерениями концентрации растворенного в электролитах (буферного и испытуемого) кислорода с использованием электрода Кларка.

Проведенные исследования показали : при 20 минутной электрохимической активации были получены фракции анолита с рН 3,01 и католита с рН 10,36 с ОВП + 1045 мв и -815 мв, соответственно. В таблице 1 приведены начальные показатели фракций ЭХА-воды

Таблица 1. Показатели электрохимически-активированной воды при 20°С

Показатель при 200С Исходная вода Катол ит Анолит

рН 7,32 10,36 3,01

ОВП, мв +227 -815 + 1045

Относительная АОА 0,21 1,84 0,15

Плотность, р г/см3 0,9992 0,9948 0,9973

Динамическая вязкость п 103 Па^ сек 1,25 1,33 1,18

Во всех случаях наблюдается изменение параметров исходной воды, что обусловлено изменением потенциальной энергии молекул воды. Это подтверждает и тот факт, что такие характеристики, как плотность и вязкость зависят от температуры, т.е. пропорционально уменьшаются с увеличением температуры. Но и в этом случае значения плотности и вязкости католита больше таковых, характерных для анолита и исходной воды. Антиоксидантная активность католита также связана с величиной отрицательного ОВП.

Известно, что электроактивированная жидкость с измененными свойствами переходит в метастабильное состояние и способна изменить свойства других жидкостей и твердых веществ. Кроме того, для каждой жидкой среды, подвергнутой электрохимической активации, имеется свой максимально предельный уровень окислительно-восстановительных параметров [11]. Эти параметры с течением времени релаксируют, то есть изменяют свои значения до величин, свойственных исходной питьевой воде . На рисунках 1 и 2 приведены зависимости изменения рН, ОВП и относительной антиоксидантной активности католита и анолита от времени.

рН

Рис.1.Релаксационные изменения рН фракций ЭХА-воды

ОВП, мв АОА, у.е

Рис.2. Релаксационные изменения ОВП и относительной АОА католита.

Как видно из приведенных зависимостей, католит ре-лаксирует значительно скорее анолита, и уже на 2-3 сутки практически теряет свои свойства. Так, если анолит с исходным рН 3,01 изменяет это значение менее, чем на 1 ед.рН в течение недели, то католит эти изменения претерпевает уже через 12-14 часов (рис.1).

Антиоксидантная активность свежеприготовленного католита превышает таковую для 1% раствора аскорбиновой кислоты в 1,8 раза, хорошо коррелирует со скоростью релаксационных изменений ОВП. Наиболее значительные изменения ОВП и относительной антиоксидантной актив-

Всероссийский журнал научных публикаций № 5(20) 2013

3

ности католита также наблюдаются в течение первых трех суток (рис.2). Причем эти изменения провоцируются механическими воздействиями, например, энергичным встряхиванием католита в закрытом сосуде.

Потенциометрическое титрование (рис.З) католита анолитом показало меньшую буферную емкость католита по сравнению с анолитом. H титрование 50 мл католита было затрачено 32,5 мл анолита. Это также свидетельствует о том, что католит релаксируют более интенсивно, чем анолит.

pH

Рис.З. Кривая потенциометрического титрования католита анолитом.

Выводы

Анализ полученных результатов исследования показывает

следующее:

1. При электрохимической активации воды происходит изменение таких параметров исходной воды, как р^ величина окислительно-восстановительного потенциала, плотность и динамическая вязкость. Вязкость католита выше вязкости анолита и исходной воды.

2. Католит, получаемый в диафрагменном электролизере, обладает выраженными антиоксидантными свойствами.

3. Католит релаксирует быстрее анолита. При этом значения ОВП и относительной антиоксидантной активности восстанавливают свои исходные параметры уже через З суток.

4. Потенциометрическим титрованием исходных фракций католита анолитом установлено, что католит обладает меньшей буферной емкостью.

Список использованных источников

1. Бахир В.М. Электрохимактивация - новая техника, новые технологии. Об электрохимической активации и воде «живой» и «мертвой». Вып.1. -Москва. ВНИИИМТ, 1990.- 230 с.

2. Леонов Б.И., Прилуцкий В.И., Бахир В.М. Физико-химические аспекты биологического действия электрохимически активированной воды: - М.: ВНиИиМТ, 1999. - 244 с.

3. Алёхин С.А., Байбеков И.М. «Живая» вода — мифы и реальность (теория и практика применения электроакти-вированных водных растворов в медицинской практике. -Ташкент, 1998.

4. Короткова Е.И. Вольтамперометрический метод определения суммарной активности антиоксидантов в объектах искусственного и природного происхождения //Дисс....докт.хим. наук. Томск, ТПУ, 2009. - 368 с.

5. Аронбаев Д.М., Тен В.А., Насимов А.М., Аронбаев С.Д.,

Кабулов Б.А. Амперометрический датчик для измерения суммарной антиоксидантной активности биопрепаратов // Тез. докл. II съезд Аналитика России 23-27 сентября 2013 г. Москва, - С.157.

6. Тарусов Б.Н., Козлов Ю.П., Кольс О.Р., Лимаренко И.М. Свободнорадикальные процессы в биологических системах. Труды МОИП. Т.16. - М.: «Наука», 1966. - С.218.

7. Lotts T.M. Redox Shock. Water quality association.20 Annual convention and exhibition. March. 1994. Phoenix. Arisona. - P.20.

8. Разработка теоретических основ и практического применения вольтамперометрического способа определения суммарной антиоксидантной активности природных и синтетических биопрепаратов . Отчет по гранту Ф-6-02

. - Самарканд-Ташкент, 2013, 62 с.

9. Антиоксидантные свойства аскорбиновой кислоты // Биофайл. Научно-информационный журнал. Код доступа http.: biofile.ru/bio/6495.html

10. СанПиН 2.3.2.1078-01 . Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов.

11. Борисенко А.А., Шаманаева Е.А.. Исследование изменения рН и ОВП среды посредством смешения кислой и щелочной фракций электроактивированной воды // Вестник СевКавГТУ,Серия «Продовольствие», 2004.-№1 (7). - С.107-110.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта фундаментальных исследований Ф6-02 Комитета по координации развития науки и технологий при Кабинете Министров Республики Узбекистан