НИЦ "ИКАР" - 33 года с вами
skip

 

УДК 541.13; 543:546.13; 535.24

ЭКСПРЕСС-МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ СИЛЬНЫХ ОКИСЛИТЕЛЕЙ В РАСТВОРАХ АКТИВИРОВАННОГО АНОЛИТА, СИНТЕЗИРОВАННОГО В ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ СТЭЛ, "АКВАХЛОР" И "ГИПОХЛОР"; ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ СОХРАНЕНИЯ БАКТЕРИЦИДНЫХ СВОЙСТВ АНОЛИТА АНК

В.И. Прилуцкий, О.И. Сухова

НПО "ЭКРАН" МЗ РФ, г. Москва)

С.А. Паничева

Российский научный центр технологий электрохимической активации, RSCECAT, USA, INC.


Описана простая экспресс-методика определения эквивалента концентрации активного хлора с применением спектрофотометрии в антисептических растворах, полученных путем электрохимического синтеза. Применение активированного анолита АНК целесообразно в случае риска заражения спороносными формами в течение 2 суток от момента получения, для целей обеззараживания объектов, обсемененных неспецифической вегетативной микробиологической флорой допустимо использование анолита АНК со сроком хранения до 10 дней, если исходная концентрация "активного хлора" не менее 350 мг/л. Проведено статистическое уточнение данных для различных диапазонов значений концентраций активного хлора.

Электрохимическая активация, анолит, время хранения, активный хлор, измерение концентрации, фотометрия


Цель и специфика метода. Определение суммарной концентрации сильных окислителей в растворах анолита, синтезированных в электрохимических установках СТЭЛ, "Аквахлор" и "Гипохлор", выраженных в эквиваленте концентрации "активного хлора". Метод основан на фотометрическом определении концентрации молекулярного йода, образующегося в тестируемой пробе раствора по реакциям:

NaOCl + 2KI +H2SO4 = NaCl + I2 + K2SO4 + H2O (1)

(в общем виде) 2KI + Е2 = 2KЕ + I2 (2)

В обоих случаях (в реакциях [1] и [2]) две молекулы KI взаимодействуют с одной молекулой окислителя в составе анолита (типа гипохлорита [или гипохлорит иона, или хлорноватистой кислоты] или Е2 - в общем случае), при этом получается одна молекула I2. (Один моль окислителя - один моль молекулярного йода). Специфика метода: точность, объективность, быстродействие, относительная простота действий. Метод адаптирован к исследованию растворов с низкой концентрацией "активного хлора" в диапазоне 10 - 1800 мг/л.

Реактивы и аппаратура.

  • йодистый калий химически чистый в виде сухого порошка (хранить в темной банке без доступа света);
  • серная кислота химически чистая (обращаться осторожно);
  • вода дистиллированная;
  • стаканчики химические, пипетки мерные, шпатель из пластмассы (или ложечка из пластика);
  • спектрофотометр КФК-2 с набором кювет оптических.

Проведение измерений.

  • В чистый химический стаканчик взять 10 - 15 мл тестируемого раствора анолита.
  • С помощью шпателя или ложечки взять дозу йодистого калия (приблизительно) 0,7 ± 0,2 г.
  • Быстро (!) засыпать дозу йодистого калия в тестируемую пробу анолита в химическом стаканчике и быстро (!) размешать до полного или частичного растворения йодистого калия с появлением в пробе желтого, оранжевого или краснобурого окрашивания в зависимости от концентрации сильных окислителей. В пробе, обработанной таким образом, йодистый калий находится в значительном избытке. Образовавшийся молекулярный йод в молярном выражении эквивалентен массе окислителей в исходной пробе анолита. Поскольку в процессе пробоподготовки анолит не подвергается разведению, то интенсивность окрашивания пробы выделившимся молекулярным йодом непосредственно отражает концентрацию сильных окислителей в исходной пробе. Молекулярный йод образует в пробе взвесь мелких кристаллов, которые искажают результаты фотометрии при рН > 7. Эти искажения корректируются добавками в пробу небольших объемов концентрированной серной кислоты (1 - 2 капли на 20 мл пробы) до рН » 2.
  • Взять пипеткой 0,2 - 0,3 мл концентрированной серной кислоты и ввести этот объем кислоты в тестируемую пробу, содержащую молекулярный йод. При образовании на дне стаканчика темного осадка тщательно перемешать пробу и выдержать ее в затененном месте 5 - 7 мин. Раствор в пробе становится прозрачным и приобретает лаковый оттенок.
  • После добавления кислоты проводят фотометрию пробы на спектрофотометре КФК-2 в кювете 20,07 (с рабочим зазором 20 мм) в полосе с длиной волны l = 590 нм (чувствительность 2). Объем раствора в кювете 8 - 9 мл. Предварительно прибор хорошо прогревают. Выставляют "0" по показателям оптической плотности контрольного раствора йодистого калия в дистиллированной воде, имитирующей пробу (приблизительно 0,7 г йодистого калия на 15 мл дистиллированной воды).
  • Оптическую плотность тестируемой пробы выражают в относительных единицах по шкале от 0 до 2,0 (оптическая плотность обозначается символом D).
  • Полученные значения D подставляют в формулу (3), полученную методом линейной апроксимации в корреляционном поле экспериментально полученных значений Сах и D < 0,65 при коэффициенте корреляции (r ) = 0,93 ± 0,06:

Сах = 895× D мг/л при D < 0,65 (3)

  • где Сах - концентрация "активного хлора" в мг/л, образующегося из хлорсодержащих соединений в анолите после закисления пробы.
  • Для перевода Сах в размерность ммоль/л производят деление Сах на 71 (хлорное число). Например, Сах = 350 мг/л соответствует концентрации сильных окислителей 4,9 ммоль/л.

Полученные результаты выверены по данным классического йодометрического титрования "активного хлора". Проводилась также фотометрия эталонных образцов молекулярного I2, растворенного в модельной среде, точно имитирующей физико-химические условия в тестируемой пробе. Точность измерений по формуле (3) в среднем не хуже ± 6% при Сах > 100 мг/л и при тестировании трех параллельных проб одного образца анолита. При единичном измерении в диапазоне значений D от 0,3 до 0,9 статистический разброс Сах с доверительным интервалом Р = 0,99 соответствует ± 10%. Пример: D = 0,4; по формуле (3) ожидаемое значение Сах = 358 мг/л; по десяти эмпирическим измерениям D = 0,4 соответствует среднее значение Сах = 354 ± 6,3 мг/л; (s = ± 20; доверительный интервал ± 50 мг/л; Р = 0,99; то есть реальное значения Сах выходит за пределы интервала 304÷404 мг/л с вероятностью < 0,01). При Сах > 700 мг/л для вычисления Сах следует пользоваться уравнением линейной регресии (4):

Сах = 830D + 26 при D > 0,65 (4)

Доверительный интервал (Р = 0,99) для данных, полученных по формуле (4) также ± 10%. Метод пригоден для всех образцов анолита. При разведении образцов анолита с исходно высокими значениями Сах линейность корреляции Сах и D сохраняется в диапазоне от 1800 мг/л до 10 мг/л (см. табл.1)

Таблица 1

Изменения показателя оптической плотности йодной пробы при разведении анолита с исходным значением Сах = 1800 мг/л

Сах, мг/л

1800

1500

1230

620

D

2

1,7

1,35

0,68

Сах, мг/л

305

125

10

» 1

D

0,36

0,15

0,01

0,00

Примечание: Сах по данным йодометрического титрования


Поскольку точность измерения величины D составляет ± 0,005 у.е. в области значений Сах = 100 мг/л ошибка измерений, связанная с погрешностью фотометрического метода составляет ± 7% (доверительный интервал Р = 0,99 с учетом других погрешностей ± 15%). По мере приближения к диапазону Сах = 10 мг/л ошибка измерений возрастает до ± 50%. При концентрациях Сах < 10 мг/л фотометрические измерения должны проводиться в оптической кювете типоразмера 50,07 в полосе пропускания 315 нм или 364 нм. В этом случае калибровочная шкала для йодометрической пробы нелинейна и измерения необходимо проводить с учетом "вычитания фона" (то есть оптической плотности пробы, содержащей все химические компоненты за вычетом соединений активного хлора). Верификация подобной методики требует специальной разработки.

Анолит активированный АНК, синтезированный в электрохимических установках СТЭЛ, обладает хорошей биоцидной, в том числе бактерицидной и спороцидной активностью, при содержании сильных окислителей по эквиваленту "активного хлора" 200 - 500 мг/л ( 3 - 7 ммоль/л). В процессе хранения АНК в нем происходят окислительно-восстановительные реакции и различные преобразования метастабильных соединений. При этом концентрация "активного хлора" постепенно снижается, что приводит к частичной потере биоцидных свойств анолита. Поэтому сроки использования активированного анолита для обеззараживания различных объектов ограничена. Срок годности анолита, указанный в инструкции по эксплуатации установок СТЭЛ - 5 дней. По данным ГКБ №15 (Москва) при хранении активированного анолита в течение 9 суток (в закрытой непрозрачной емкости при комнатной температуре) снижение концентрации "активного хлора" составило 3 - 4% от исходных величин [см. в кн. Первый Международный симпозиум "Электрохимическая активация", ВНИИИМТ, НПО "ЭКРАН", Москва, 1997, с. 67]. Аналогичные данные получены при испытании анолита АНК в бактериологической лаборатории ЦСЭН МО РФ (протокол от 27 марта 1998 г.) - анолит сохранял бактерицидные свойства в течение 14 дней. По данным кафедры коммунальной гигиены Государственной медицинской академии им. И.И. Мечникова (Санкт-Петербург) концентрация активного хлора в активированном анолите снижается на 5% за две недели. Проверка устойчивости концентрации "активного хлора" в различных образцах анолита АНК в лаборатории отдела №19 НПО "ЭКРАН" показала, что при хранении образца анолита АНК в течение 21 дня при исходной концентрации 350 мг/л в течение указанного срока хранения в закрытой полупрозрачной посуде при комнатной температуре концентрация "активного хлора" снижается до 278 мг/л (на 21%); при исходной концентрации "активного хлора" в анолите 675 мг/л в течение 38 суток хранения при тех же условиях этот показатель уменьшался до 455 мг/л (на 23%). Несмотря на относительную устойчивость концентрации "активного хлора" в активированном анолите наибольшая биоцидная активность в этом растворе отмечается в интервале 1 - 3 суток от момента получения. По данным фирмы НПЦ "Офферта-М" (Санкт-Петербург) спороцидная активность анолита проявляется в течение 2 суток (порядка 50 часов от момента синтеза). При дальнейшем хранении анолит проявляет биоцидную активность в отношении вегетативных форм микроорганизмов.

На основании изложенного целесообразно применение активированного анолита АНК в случае риска заражения спороносными формами в течение 2 суток от момента получения, для целей обеззараживания объектов, обсемененных неспецифической вегетативной микробиологической флорой допустимо использование анолита АНК со сроком хранения до 10 дней, если исходная концентрация "активного хлора" не менее 350 мг/л; при более продолжительных сроках хранения анолита, его использование условно допускается при проведении контроля содержания концентрации "активного хлора" непосредственно перед употреблением.

Для удобства при пользовании предлагаемой методикой без калькулятора для определения величины Сах по показателю D можно пользоваться данными табл. 2.


Правила пользования таблицей 2.

Пример 1. Для проведения дезинфекции требуется анолит с гарантированным значением Сах = 200 мг/л. При проведении йодометрической пробы показатель D = 0,32. Ожидаемые значения Сах по табл. 2 превышают 269 мг/л. Вероятное отклонение в сторону меньших Сах не более (- 26,9) мг/л. То есть гарантируется Сах не меньше 269 - 26,9 » 240 мг/л.

Пример 2. Требуется анолит с гарантированным Сах = 500 мг/л. При йодометрической пробе D = 0,6. Ожидаемая величина Сах = 537 с вероятным отклонением до 537 - 53,7 » 480 мг/л. В данном случае значение Сах строго равное 500 мг/л не гарантировано. При D = 0,62 значение Сах = 500 мг/л (не менее) гарантировано с вероятностью Р < 0,01.

Показатели D, гарантирующие Сах = 200 мг/л; 300 мг/л и 500 мг/л соответственно выделены.

Таблица 2

Ожидаемые значения Сах в анолите в зависимости от эмпирически измеренных показателей оптической плотности (D)

D у.е.

Сах, мг/л

D у.е.

Сах, мг/л

0,1

90

0,7

607

0,2

179

0,8

690

0,3

269

0,9

773

0,4

358

1

856

0,5

448

1,2

1022

0,6

537

1,5

1271

0,62

555

1,7

1437

0,65

574

2,0

» 1700

Примечание: рабочая шкала спектрофотометра КФК имеет диапазон значений D от 0 до 2 (при D > 2 шкала справа ограничена D =Ґ ).