УДК 541.13; 577.3; 535.37

СВЯЗЬ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ КАТОЛИТА И АНОЛИТА С ИЗМЕНЕНИЕМ ИНТЕНСИВНОСТИ ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ И ДРУГИМИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

И.Ю. Попова, В.И. Лобышев, В.Л. Воейков*, К.Н. Новиков*, Р. Асфарамов*

Физический, биологический* факультеты Московского государственного

университета им. М.В. Ломоносова, г. Москва

В присутствии люминола и люцигена, вступающих во взаимодействие со свободными химическими радикалами, интенсивность хемолюминисценции в католите и в анолите больше интенсивности хемолюминисценции в контрольных растворах. Исследовалось влияние католита и анолита на традесканцию зелёную и на ряску.

Электрохимическая активация, хемолюминисценция, традесканция, ряска, биологическое действие.

При проведении процесса мембранного электролиза мембрана, разделяющая катодный и анодный отсеки электролизера, препятствует смешиванию продуктов электролиза, поэтому католит и анолит обладают разными физико-химическими свойствами и оказывают различное действие на биологические объекты. Так, полученный в результате электролиза водных растворов хлоридов, католит стимулирует активность клеток, а анолит угнетает, инактивирует клетки [1], вследствие того, что в анолите образуются сильные окислители [2]. Однако, несмотря на широкое применение католита и анолита [1], исследование природы процессов, протекающих в католите и анолите при электролизе, и причин их биологического действия актуально и в настоящее время.

Нами были исследованы физико-химические свойства (pH, электропроводность, окислительно-восстановительный потенциал ОВП и интенсивность хемилюминесцинции) католита и анолита, полученных в результате электролиза дистиллированной воды, высокоочищенной воды установки Milli-Q ( Millipore ) и водных растворов NaCl разной концентрации. Изучено изменение этих характеристик в зависимости от условий эксперимента. Исследовалось действие католита и анолита, полученных в результате электролиза дистиллированной воды и растворов NaCl, на биологические объекты.

Эксперименты с дистиллированной водой, в отличие от экспериментов по электролизу растворов солей, позволяют исключить из рассмотрения образование соединений хлора и других веществ, образованием которых в ряде случаев объясняется биологическая активность воды.

Мембранный электролизер, в котором проводились эксперименты, представляет собой прямоугольную кювету, разделенную на две равные части вертикальной мембраной. Электродами служили две плоские пластины из платины. Электролиз проводили при фиксированном напряжении, регистрируя изменение силы тока в цепи. Эксперименты проводились с дистиллированной водой, электропроводность которой, как правило, составляла l₀= 2,6Ч 10^-6 См/cм.

В результате электрохимических реакций величина рН католита сдвигается в щелочную, а рН анолита в кислую области, и ОВП католита становится меньше ОВП анолита. Однако, характер изменения электропроводности зависит от ионного состава водной среды. При электролизе растворов NaCl значительно увеличивается электропроводность анолита (ЭП анолита больше ЭП католита). При электролизе дистиллированной воды, наоборот, увеличивается электропроводность католита (ЭП католита больше ЭП анолита), а при электролизе высокоочищенной воды увеличивается ЭП анолита, как и при электролизе растворов соли.

Величина изменений исследуемых характеристик зависит не только от времени электролиза и силы тока в цепи, но и от свойств мембраны.

Различие физико-химических характеристик католита и анолита сохраняются длительное время после того как они помещены в отдельные емкости.

Величины pH, ЭП и ОВП были исследованы как функции времени, силы тока и концентрации NaCl.

Установлено, что через некоторое время после начала электролиза величины pH в католите и анолите достигают предельных значений, возрастающих с увеличением концентрации соли. В области малых концентраций соли (2Ч 10^-5 – 10^-3 М) полученные зависимости близки к линейным, при этом предельные концентрации ионов OH^- в католите и ионов H⁺ в анолите примерно соответствуют концентрации соли в растворе. При дальнейшем увеличении концентрации соли (более 10^-3 М) наклон соответствующих кривых уменьшается. При электролизе растворов NaCl значительно увеличивается электропроводность анолита и разница между электропроводностью католита и анолита растет с увеличением времени электролиза и прямо пропорциональна концентрации соли.

Полученные данные свидетельствуют о том, что достижение максимального градиента pH лимитируется количеством противоионов в водной среде. Однако они не позволяют с достоверностью подтвердить или опровергнуть гипотезу [3] о том, что изменение pH и ЭП при электролизе дистиллированной воды является следствием изменения свойств воды и исключает влияние каких-либо примесей.

Была исследована интенсивность хемилюминесценции католита и анолита, полученных при электролизе дистиллированной воды и растворов NaCl. При проведении хемилюминесцентного анализа использовали соединения, которые при взаимодействии со свободнорадикальными формами превращаются в соединения, хемилюминесцирующие с высоким квантовым выходом (люминол и люцигенин). Люминол вступает в прямое химическое взаимодействие с радикалами OH· и O₂^·-, а также реагирует с ClO^-, особенно увеличивается вспышка хемилюминесценции в присутствии H₂O₂. Люцигенин вступает во взаимодействие с O₂^·- радикалом. По величине светосуммы вспышки хемилюминесценции оценивали количество исследуемых соединений. Установлено, что в присутствии люминола интенсивность хемилюминесценции католита и анолита дистиллированной воды больше значения интенсивности хемилюминесценции контрольного образца. После проведения электролиза растворов NaCl в католите наблюдается значительное увеличение интенсивности хемилюминесценции в присутствии люминола и люцигенина по сравнению с контролем. В анолите значительных изменений интенсивности хемилюминесценции не зафиксировано. Интенсивность наблюдаемой хемилюминесценции с течением времени уменьшается.

Исследовано влияние католита и анолита, полученного в результате электролиза дистиллированной воды, на рост корней традесканции зеленой и на развитие ряски.

Для того, чтобы исключить из рассмотрения эффекты, обусловленные тем, что католит и анолит имеют разные значения pH , были проведены серии контрольных экспериментов. Среды с различными значениями pH получали добавляя в дистиллированную воду HCl или NaOH.

С традесканцией зеленой было проведено три серии экспериментов. Эксперимент проводили следующим образом: католит, анолит и контрольный дистиллят наливали в N отдельных сосудов, в каждый из которых помещали черенок традесканции. Через каждые 2-3 дня проводили полную смену водных сред. Измеряли длину корней у каждого черенка, затем высчитывали суммарную длину корней в каждой среде. Было установлено, что анолит, по сравнению с католитом и дистиллятом, вызывает усиленный рост корней у традесканции зеленой. Результаты контрольного эксперимента со средами, имеющими разные значения pH, свидетельствуют о том, что усиление роста корней в анолите не связано со значением pH.

Исследовано действие католита и анолита на ряску. Каждую водную среду (анолит, католит и контрольные растворы ) наливали в пять чашек Петри, в каждую из чашек помещали 10 растений. Смена водных сред не проводилась. Фиксировали количество живых, мертвых и находящихся на переходной стадии растений. Было установлено, что анолит дистиллированной воды стимулирует развитие ряски, по сравнению с католитом и контрольным дистиллятом. Напротив, в случае использования раствора NaCl (c[NaCl]=2Ч 10^-5 М), анолит оказывает ингибирующее действие на развитие ряски, а католит обладает стимулирующим действием.

Изменение знака эффекта при переходе от раствора соли к дистиллированной воде не ясно и заставляет по-новому взглянуть на причины биологической активности растворов, полученных с помощью мембранного электролизера.