УДК 541.135 :576.8.095

МЕХАНИЗМ УВЕЛИЧЕНИЯ ОКИСЛИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ АНОЛИТА ДИАФРАГМЕННОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА

А.И. Мирошников

Институт биофизики клетки РАН

В анолите хлористого натрия образуется молекулярный хлор. При титровании анолита до нейтрального значения рН хлор превращается в хлорноватистую кислоту, которая является более сильным окислителем по сравнению с молекулярным хлором и гипохлорит-ионами. В анолите хлористого калия при низких значениях рН образуется хлорноватистая кислота. Это делает анолит хлористого калия самым эффективным окислителем из-за сочетанного действия хлорноватистой кислоты и низкого значения рН.

Нейтральный анолит, ионный состав, хлорноватистая кислота, биологическая активность.

Обработку растворов постоянным электрическим током проводили на разработанной установке с трехкамерным диафрагменном электролизере. Отделения электролизера - катодное, промежуточное, анодное - отделены друг от друга ионообменными мембранами. Электроды пластинчатые, площадь каждого 30 см², материал катода - титан, материал анода - платинированный титан. В качестве мембран использовали катион- и анион- обменные мембраны МК-40 и МА-40 с удельным электрическим сопротивлением 2 Ом.м. К электродам электролизера подключали источник постоянного тока с параметрами 100 В и 0.5 А. Для создания протока растворов через отделения электролизера использовали перистальтический насос с регулируемой скоростью протока от 5 до 45 мл/мин. Растворы перед введением в электролизер нагревали в теплообменнике до температуры, задаваемой ультратермостатом. Возможны два режима работы - непрерывный проток и стационар, когда воздействие тока на растворы происходило без протока растворов через электролизер. При обработке раствора хлористого натрия в анодной камере диафрагменного электролизера в растворе образуется молекулярный хлор. Для количественного определения молекулярного хлора проводили титрование исследуемого раствора раствором красителя метилового оранжевого. Максимум кривой светопоглощения раствора метилового оранжевого в концентрации 5.10^-4 % в физиологическом растворе 8.5 г/л хлористого натрия при рН 2.5 находится на длине волны 512 нм. По степени обесцвечивания красителя молекулярным хлором можно определить концентрацию хлора. При титровании анолита хлористого натрия (рН 2.0) католитом хлористого натрия (рН 11.5) молекулярный хлор при рН 5-6 преобразуется в хлорноватистую кислоту, а при дальнейшем титровании и повышении рН до 8-9 в растворе образуются гипохлорит-ионы. Зарегистрировать эти окислители можно по характерным пикам на оптических спектрах в области ближнего ультрафиолета: хлорноватистая кислота имеет пик на длине волны 230 нм, а гипохлорит-ионы имеют пик на длине волны 292 нм. Количество образующихся окислителей можно определять по амплитуде пика, используя известный закон Ламберта-Бэра. Концентрацию окислителей можно также определить путем титрования исследуемых растворов раствором восстановителя натрия тиосульфата, который имеет характерный пик на длине волны 214 нм. Аналогичные результаты последовательного превращения молекулярного хлора в хлорноватистую кислоту, а затем в гипохлорит-ионы были получены при титровании анолита хлористого натрия раствором гидроокиси натрия. Интересно отметить, что при обработке раствора хлористого калия в диафрагменном электролизере при низких рН (2.0-2.5) в анолите образуется хлорноватистая кислота. При титровании анолита хлористого калия католитом хлористого калия при рН 5-6 наблюдалось некоторое уменьшение концентрации хлорноватистой кислоты, а при рН 8-9 в растворе образовались гипохлорит-ионы. Аналогичная картина наблюдалась при титровании анолита хлористого калия гидроокисью калия: при рН 5-6 единиц наблюдалось уменьшение концентрации хлорноватистой кислоты, а затем - при рН 8-9 в растворе образовались гипохлорит-ионы.

По справочным данным хлорноватистая кислота является примерно в 4 раза более сильным окислителем по сравнению с молекулярным хлором и гипохлорит-ионами. Поэтому нейтральный анолит хлористого натрия при рН около 7 единиц является более сильным окислителем, чем исходные анолит с рН порядка 2. Но самым эффективным окислителем является анолит хлористого калия из-за сочетанного действия хлорноватистой кислоты и низкого значения рН порядка 2 единиц.

Биологическую активность растворов с молекулярным хлором, хлорноватистой кислотой и гипохлорит-ионами определяли по влиянию этих растворов на рост клеток Escherichia coli. После 5 минут инкубации клеток с каждым из окислителей рост клеток прекращался и не восстанавливался через сутки. Сделан вывод, что окислители необратимо нарушают барьерные свойства мембран клеток, а в отдельных случаях приводят к лизису клеток. В модельных растворах с низким значением рН без окислителей происходит задержка роста клеток. После задержки лаг-фазы происходит репарация клеток и через сутки оптическая плотность клеток увеличивается и приближается к контрольной.

Часть материалов опубликована: Мирошников А.И. Ингибирование роста клеток Escherichia coli анолитами хлористого натрия и калия после обработки растворов в диафрагменном электролизере // Биофизика 1998 43 (6):1032-1036.