Электрохимически активированные
дезинфицирующие, моющие и стерилизующие
растворы, синтезированные в установках СТЭЛ

----Метод обработки воды только в анодной или только в катодной камере диафрагменного электрохимического реактора называется электрохимической активацией, так как вода, именуемая после такой обработки соответственно анолитом и католитом, переходит в метастабильное состояние с повышенной реакционной способностью, обусловленное не только наличием высокоактивных соединений, но также длительно существующими структурно-энергетическими возбуждениями.

----Одной из важных характеристик электрохимически активированной воды является окислительно-восстановительный потенциал (ОВП). Измеряют ОВП платиновым электродом относительно хлорсеребрянного стандартного электрода сравнения при помощи высокоомного милливольтметра.

----В природной воде ОВП обычно равен + 200...+400 мВ при рН = 7.

----Растворы серной или соляной кислот при рН = 1,0 имеют ОВП = +500... +700 мВ. Раствор гидроксида натрия при рН = 13,0 имеет ОВП = -50 ...-150 мВ.

----После обработки питьевой воды с минерализацией 0,3...1,5 г/л в анодной камере электрохимического реактора РПЭ установки СТЭЛ ее рН = 3...4; ОВП = +700...+1200 мВ. Катодная обработка воды обеспечивает рН = 10...11; ОВП = -500...-800 мВ.

----Функциональная активность анолита и католита постепенно уменьшается при хранении. Объем раствора около 3 литров в закрытой стеклянной или пластмассовой таре теряет свои функциональные свойства на 20% за 10...12 часов, если его минерализация не превышает 1 г/л и за 30...48 часов при минерализации 2 г/л. В объеме раствора 100 мл потеря свойств на 20% происходит за 1 и 2 часа соответственно. Перемешивание с воздухом, переливание разбрызгивающейся струей, хранение в металлических сосудах, слив из сосуда с барботажем воздуха значительно ускоряют потерю активности растворов. Изменение температуры (циклы нагрев-охлаждение) также снижают их эффективность, хотя и в меньшей степени, чем названные факторы. Самопроизвольное изменение во времени (релаксация) свойств и параметров разбавленных растворов после электрохимического униполярного (анодного или катодного) воздействия дает основание называть такие растворы активированными, а сам процесс их получения электрохимической активацией.

----Активированные моющий, дезинфицирующий и стерилизующий растворы отличаются от традиционных тем, что содержат в десятки раз меньше действующих веществ. Однако, эффективность активированных растворов либо выше, либо такая же за счет наличия метастабильных высокоактивных соединений - продуктов специфических электрохимических реакций, т.е. реакций, протекающих на электродах в сильно разбавленных водных растворах, при которых реализуются практически все принципиально возможные окислительные или восстановительные процессы. Чем меньше минерализация исходного раствора, тем больше неустойчивых суперактивных соединений образуется в реакторе, тем глубже структурные изменения раствора, тем сильнее он активирован. Наоборот, чем минерализация исходной воды выше, тем больше образуется в электрохимическом реакторе устойчивых продуктов и тем ближе по свойствам электрохимически обработанный раствор обычному раствору кислот или щелочей. Активированными следует считать растворы, полученные из воды с минерализацией не более 5 г/л при удельных затратах количества электричества от 300 до 1500 Кл/л и плотности тока от 30 до 1000 А/м2 и более.

----Удельные затраты количества электричества или, иначе, расход тока q (Кл/л) можно рассчитать по формуле:

         3600*J
    q = --------,
           Q
           

где J - сила тока в электрохимическом реакторе, А. Q - объемный расход воды, протекающей в элект родной камере реактора, л/ч.

----Каждые 100 кулон электричества, пропущенные через 1 л воды, обеспечивают преобразование приблизительно одной тысячной грамм-молекулы вещества, включая воду и растворенные в ней соединения. Соотношение количества воды и солей, участвующих в реакциях на электродах, определяется минерализацией воды и расходом тока. При минерализации свыше 5 г/л и расходе тока менее 1500 Кл/л преимущественно происходит преобразование растворенных в воде солей. Католит и анолит в этом случае близки по свойствам растворам щелочей и кислот соответственно. Концентрация устойчивых продуктов электролиза в них намного больше, чем неустойчивых суперактивных соединений. При минерализации воды 1-5 г/л и расходе тока 100 ... 200 Кл/л, соотношения между устойчивыми продуктами электролиза и суперактивными соединениями в католите и анолите приблизительно такое же. Обратное соотношение характерно для режимов электрохимической обработки воды с минерализацией приблизительно 0,8...5 г/л при расходе тока 300...1500 Кл/л. Увеличение расхода тока свыше 1500 Кл/л для воды с указанной минерализацией не приводит к дальнейшему существенному росту ее рН и ОВП, а также к увеличению выхода суперактивных соединений. Диапазон концентрации солей (0,8...3,0 г/л) и расхода тока (300...1500 Кл/л) является оптимальным для синтеза активированных лечебных и лечебно-профилактических растворов.

----Следует учитывать, что указанные цифры не являются фиксированной границей между различными режимами получения растворов - активированных или неактивированных, а лишь обозначают пределы, удобные для ориентирования в практической работе. Помимо простоты получения, универсальности применения и значительного сокращения или полного исключения специальных химических реагентов, активированные растворы обладают самым существенным преимуществом перед традиционными: они экологически чисты и безопасны для человека и животных. После использования по назначению католит и анолит теряют свою активность и приближаются по свойствам к исходной воде. От нее растворы отличает только наличие небольшого количества гидроксидов в католите, сохраняющих его слабощелочную реакцию и кислот в анолите, обусловливающих его некоторую кислотность.

----Свойства анолита типа "А".

----Анолит имеет очень высокую окислительную активность. Его ОВП, измеренный платиновым электродом относительно хлорсеребряного электрода сравнения, может достигать +1250 мВ. Режим анодной обработки исходной воды в электрохимическом реакторе установки СТЭЛ-МТ-IМ и особенности ее конструкции обеспечивают оптимальные условия образования диоксида хлора (ClО2), который при ОВП + 800 мВ превосходит по биоцидной активности гипохлорит натрия (NaClО) более чем в 300 и более чем в 2 раза хлорноватистую кислоту (HClO). Диоксид хлора в отличие от других соединений активного хлора (Cl2, NaClO, Ca(ClO)2 и др.) не образует хлорорганических веществ при растворении в воде и не увеличивает вследствие этого токсичность анолита.

----Анолит типа "А" имеет кислотные свойства ( рН <5 ) и поэтому в отличие от традиционно используемых гипохлоритных растворов и растворов хлорной извести не содержит сравнительно малоактивные гипохлорит-ионы (ClО-).

----Основными биоцидными агентами анолита являются двуокись хлора, хлорноватистая кислота и неустойчивые суперактивные частицы:

----Cl- , O- , O3, O2, OH -, HO2- , Н2O2 -, H3O -, H3Oо.

----В анолите, также как и в католите, нарушена система водородных связей. Молекулы воды в объеме и в окружении сильнозаряженных оксидантных ионов имеют высокую подвижность. Это придает анолиту биологически активные свойства: он имеет повышенную проникающую способность через биологические мембраны, оказывает ингибирующее влияние на ферментные системы, обладает выраженным электронакцепторными свойствами, является катализатором-переносчиком кислорода. Контроль биоцидных свойств анолита осуществляется посредством измерения содержания активного хлора ( Са.х).

----Анолит с содержанием активного хлора от 220 до 400 мг/л является дезинфицирующим и стерилизующим раствором. В указанном диапазоне стерилизующая способность анолита практически постоянна в отличие от дезинфицирующей, которая прямо зависит от концентрации активного хлора. Это связано с наличием дополнительных загрязнений на дезинфицируемых поверхностях, которые защищают микроорганизмы от воздействия биоцидов. Оптимальным содержанием активного хлора, придающим анолиту эффективные стерилизующие и дезинфицирующие свойства является 300+-50 мг/л.

----В методических рекомендациях, приведенных в таблицах 1 и 2, указан один из наиболее хорошо изученных вариантов взаимосвязи содержания активного хлора (300+-50 мг/л) и времени экспозиции, обеспечивающих эффективное применение анолита в качестве дезинфицирующего и стерилизующего средства.

Таблица 1. Дезинфекция анолитом с рН<5 и Са.х.=250-350 мг/л.

Объект обработки Способ обработки Время,
мин.
Изделия из стекла Погружение 25
Изделия из коррозионностойкого
металла несложной конфигурации
Погружение 15
Изделия из коррозионностойкого
металла сложной конфигурации
Погружение 20
Посуда без остатков пищи Погружение 15
Посуда с остатками пищи Погружение 60
Санитарно-техническое
оборудование
Двукратное протирание
с интервалом
30
Уборочный инвентарь Замачивание 60

    Примечания:

  1. При инфекциях вирусной эпиологии, дерматомикозах и туберкулезе экспозиция увеличивается в 2 раза.
  2. При обработке в ультразвуковых установках экспозиция снижается до 5 мин. для всех видов изделий.

Таблица 2. Стерилизация анолитом с рН<5 и С а.х.= 250-350 мг/л.

Объект обработки Способ обработки Время,
мин.
Изделия из коррозионно-стойкого металла Погружение 20
Изделия из стекла Погружение 30
Изделия из резины на основе силиконового каучука Погружение 45
Изделия из пластмасс Погружение 45

----Примечание: При обработке в ультразвуковых установках экспозиция снижается до 2-3 мин. для всех видов издели

----Другие параметры анолита - рН, минерализация (солесодержание) и ОВП не используются прямо для оценки его биоцидных свойств, а служат для ориентировочного определения химического состава и окислительной активности анолита.

----Например: при рН = 3 концентрации Сl2 и НClO в воде равны, при рН = 5 концентрация HClO максимально высока, а Cl2 минимальная, при рН = 7 концентрация HClO и ClO- равны между собой и раствор проявляет высокую антимикробную активность вследствие возможности протекания гомогенных каталитических окислительно-восстановительных реакций, катализаторами в которых является Н+ и ОН- ионы.

----Анолит с кислотными свойствами (рН < 5) обладает тем большей биоцидной активностью, чем выше его ОВП.

----Анолит из пресной воды (менее 1 г/л) может иметь ОВП, равный анолиту более концентрированного раствора.

----При равной начальной окислительной активности анолит концентрированного раствора обладает более высокой окислительной "емкостью", которая обусловлена наличием устойчивых оксидантов. В первом же растворе преобладают неустойчивые суперактивные оксиданты.

----При использовании анолит из пресной воды быстрее теряет биоцидную способность и приближается по свойствам к исходной воде. Анолит концентрированного раствора сохраняет биоцидные вещества значительно большее время, и не достигает после окончания релаксации той степени экологической безопасности, как анолит из пресной воды. Эти закономерности следует учитывать при работе с электрохимически синтезированными дезинфицирующим, стерилизующим и лечебными растворами.

----Свойства анолита типа "АН".

----Анолит типа "АН" отличается в сравнении с анолитом типа "2" сравнительно невысокими значениями окислительно-восстановительного потенциала (+600 ... +800 мВ) и близкими к нейтральным значениям рН (рН = 6+-1). Эти параметры раствора свидетельствуют о том, что режим обработки исходной воды в электрохимическом реакторе РПЭ обеспечивает условия синтеза сильных окислительных комплексов:

----HCl, СlО- , HClO-, HClO , O2, O3, Cl -, ClO2-, H2O2 -, OH -, HO2, HO2-.

----При близких к нейтральным значениям рН, концентрации HClО и ClO-примерно равны и раствор проявляет высокую антимикробную активность вследствие протекания гемогенных католитических окислительно-восстановительных реакций, катализаторами в которых являются Н+ 3О+) и ОН- ( Н3О2-) ионы. Наличие озона также катализирует эти реакции, так как в водной среде он разлагается на гидроксильные свободные радикалы ОН-, которые являются окислителями. Кроме того, озон вступает в реакцию непосредственно как молекула озона, окисляя ClO- до СlО2- и СlО2. Нарушенная система водородных связей и высокая подвижность ионов оксидантов придают анолиту повышенную проникающую способность. Такой анолит может быть использован не только в качестве стерилизующего и дезинфицирующего раствора, но также для предстерилизационной обработки. Параметром, определяющим биоцидную активность анолита, типа АН является концентрация активного хлора.

----Анолит с содержанием активного хлора 250-350 мг/л является оптимальным моющим дезинфицирующим и стерилизующим раствором.

----В таблицах 3-5 приведены режимы использования его в медицинских учреждениях для предстерилизационной очистки, дизенфекции и стерилизации.

Таблица 3. Предстерилизационная очистка анолитом с рН = 6±1 и Са.х. = 260-350 мг/л.

Объект обработки Способ обработки Время, мин.

Изделия из корозионно-стойкого металла,
резины, пластмасс, стекла

Предварительное замачивание 0,5
Замачивание в анолите 30
Мойка каждого изделия 0,5 - 1
Ополаскивание проточной водой 3
Ополаскивание дистилированной водой 0,5

    Примечания:

  1. Замачивание изделий проводят при полном их погружении и заполнении анолитом всех каналов.
  2. Применение анолита позволяет совмещать де- зинфекцию и предстерилизационную очистку изделий.
  3. При динамическом режиме очистки изделий (в ультразвуковых, вибрационных машинах) время замачивания снижается до 10-15 мин., мойка каждого изделия исключается.

Таблица 4. Дезинфекция анолитом с рН = 6±1 и Са.х. = 250-350 мг/л.

Объект обработки Способ обработки Время, мин.
Изделия из корозионно-стойкого металла,
сложной конфигурации
Погружение с обязательным
заполением раствором
всех полостей и каналов.
20
Изделия из корозионно-стойкого металла,
несложной конфигурации
Погружение с обязательным
заполением раствором
всех полостей и каналов.
15
Изделия из стекла Погружение с обязательным
заполением раствором
всех полостей и каналов.
30
Посуда без остатков пищи Погружение 30
Посуда с остатками пищи Погружение 60
Белье незагрязненное Замачивание 30
Белье загрязненное Замачивание 60
Игрушки Погружение 15 - 30
Поверхности помещений (пол, стены...) Двукратное протирание 15 - 30
Санитарно-техническое оборудование Двукратное протирание 15 - 30

    Примечания:

  1. При инфекциях вирусной этиологии, дерматомикозах и туберкулезе экспозиция увеличивается в 2 раза.
  2. При обработке белья происходит его отбеливание.

Таблица 5. Стерилизация анолитом с рН = 6±1 и Са.х. = 250-350 мг/л.

Объект обработки Способ обработки Время, мин.
Изделия из резины на основе силиконового каучука Погружение 45
Изделия из резины на основе натурального каучука Погружение 120
Изделия из пластмассы Погружение 60
Изделия из стекла Погружение 30
Изделия из корозионно-стойкого металла Погружение 20
Боры зубные Погружение 60

Примечание: При обработке в ультразвуковых установках экспозиция снижается до 2-3 мин. для всех видов изделий.


----В таблице 6 приведена сравнительная оценка свойств раствора типа АН с известными обеззараживающими средствами.

Таблица 6. Стерилизующие/дезинфицирующие растворы (таблица сравнения)

Растворы Регистрация
Е.Р.А.1
Срок
годности
точно
указан на
этикетке
Рекомендуемая
изготовителем
эффективная
концентрация
Микробное действие
Дезин-
фици-
рующее
ср-во
Сте-
рили-
затор
Псевдо-
моны
Вирусы Тубер-
куле-
зные
бакте-
рии
Споры
Липо-
филь-
ные
Гидро-
филь-
ные
Четвертичные
аммониевые вещества
(одиночные - тройные)
Да Нет Нет 0,1% Да Да Нет Нет Нет
Фенольные Да Нет Нет 0,3% Да Да Нет Да Нет
Спиртовые Нет Нет Нет 0,85% Да Да Нет Да Нет
Иодофорные Да Нет Нет 0,045% Да Да Да Да Нет
Хлорные Нет Нет Нет 5% Да Да Да Да Нет
Уксусная кислота Нет Нет Нет 2% Нет Нет Нет Нет Нет
Водный формальдегид Да Нет Нет 10% Да Да Да Да Нет
Кислый глуторальдегид Да Нет Нет 2% Да Да Да Да Нет
Щелочной глуторальдегид
("Сидекс")
Да Да Да 2% Да Да Да Да Да
Нейтральный анолит Да Да Да 0,03% - 0,05% Да Да Да Да Да
Идеальный раствор Да Да Да Не определено Да Да Да Да Да

Продолжение табл. 6.

Растворы Свойства Безопасность для инструментов Пригодны для
стандартизации
в больницах
Токсич-
ность
рН Активность
в присутствии
органического
в-ва 4
Светящиеся
эндоскопы и из
оптического
волокна
Гальванически
покрытые
металлы
Резина и
пластмасса
Четвертичные
аммониевые
вещества
(одиночные - тройные)
7,0 Нет Да Да Да Нет Да
Фенольные 5,5 Нет Нет Да Нет Нет Да
Спиртовые 7,0 Нет Нет Да Нет Нет Нет
Иодофорные 3,5 Нет Нет Нет Нет Нет Да
Хлорные 11,0 Нет Нет Нет Да Нет Да
Уксусная кислота 3,0 Нет Нет Да Да Нет Да
Водный
формальдегид
3,5 Да Нет Да Да Нет Да
Кислый
глуторальдегид
3,5 Да Нет Нет Да Нет Да
Щелочной
глуторальдегид
("Сидекс")
8,5 Да Да Да Да Да Да
Нейтральный анолит 7,0 Да Да Да5 Да Да Нет
Идеальный раствор не определено Да Да Да Да Да Нет
  1. Управление по охране окружающей среды, США
  2. Требуется специальное нагревательное оборудование.
  3. Официальные способы анализа Ассоциации Официальных Химиков-аналитиков, II-ое издание, 1970.
  4. Дж.С.Келси и Г. Сайкс. Фармацевтический журнал 202,607 (1969)
  5. Требуется ввод ингибитора коррозии или специальное оборудование для обработки металлических инструментов.

----Свойства католита типа "К".

----На катоде основной реакцией является восстановление воды с выделением газообразного водорода и образованием гидроксид-ионов

----2 + 2е а Н2 + 2ОН

----Кроме того, что на катоде происходит много реакций с образованием высокоактивных неустойчивых соединений (НО-, НО 2-, НО2, Н3О2-, Н2О2, Н2О2-) придающих воде, прошедшей катодную обработку (католиту), восстановительные свойства и высокую адсорбционно-химическую активность.

----Католит значительно умягчается в сравнении с исходной водой за счет образования малорастворимых гидроксидов многозарядных катионов металлов (Са(ОН)2, Мg(ОН) 2, Fе(ОН)2) и подщелачивается растворимыми гидроксидами однозарядных катионов (КОН, NаОН).

----Значение рН католита обычно девяти, его окислительно-восстановительный потенциал ОВП, измеренный платиновым электродом относительно хлорсеребряного электрода сравнения, превышает по абсолютной величине - 600 мВ. Исходная вода, как правило, имеет рН близкий к 0,7 и ОВП в пределах +250...+350 мВ. Высокое отрицательное значение ОВП католита свидетельствует о его восстановительной электронодонорной активности, о структурных преобразованиях воды в окружении ионов и в свободной объеме. Католит типа К - это метастабильный реагент с высокой адсорбционно-химической активностью. Он обладает очень высокой смачивающей, проникающей, экстрагирующей, растворяющей способностью. Усиливает действие поверхностно-активных веществ во много раз. Моющий раствор, приготовленный на католите с добавкой 0,3 г/л синтетического моющего средства (СМС) "Биолот", "Астра" или "Лотос" превосходит по функциональным свойствам такой же раствор на обычной воде с добавкой СМС 3-5 г/л. Католит является биологически активной средой: легко проникает через биологические мембраны, стимулирует ферментные системы, повышает выделение энергии при элементарных процессах окисления дыхательного субстрата в митохондриях клеток за счет повышения гибссовской разности окислительно-восстановительных потенциалов между кислородом и дыхательным субстратом. Обладая чрезвычайно высокой антиоксидантной активностью католит предотвращает перекисное окисление липидов клеточных мембран, не оказывая вредного влияния на организм в отличие от традиционных химических антиоксидантов.

----Католит повышает усвоение компонентов пищи, жиров и белков; нормализует механизм клеточного обмена веществ; ионный обмен, внутреннюю респирацию, биологическое окисление; оказывает положительное воздействие на фиксацию респираторных энзимов в митохондриях, на окислительное фосфорилирование в энергетическом обмене клеток; реактивирует нарушенные ферментные системы и таким образом нормализует функцию и увеличивает детоксикационную роль печени; способствует ускоренному выведению из организма ксенобиотиков путем превращения из жирорастворимых в водорастворимые химические структуры, при этом повышается гидрофильность молекул чужеродных веществ; участвует в окислительно-восстановительных реакциях, при которых в процессе переноса электронов валентность тяжелых металлов снижается, что уменьшает их токсичность.

----В таблице 7 приведены рекомендации по использованию католита типа "К" для предстерилизационной очистки изделий медицинской техники.

Таблица 7. Предстерилизационная очистка католитом с рН > 10.

Объект обработки Способ обработки Время, мин.
Изделия из стекла и металла,
несложной конфигурации
Замачивание при полном погружении и
заполение всех каналов и полостей раствором .
15 - 20
Изделия из металла, сложной
конфигурации, резины и пластмассы
Мойка каждого изделия 0,5
Ополаскивание проточной водой 2
Ополаскивание дистилированной водой 0,5

    Примечания:

  1. Целесообразно предварительное ополаскивание изделий.
  2. Очистке католитом можно подвергать изделия из некоррозионностойких металлов.
  3. Время замачивания изделий из тонкого стекла необходимо сокращать до 3-5 мин.
  4. При добавлении синтетического моющего средс- тва в католит в концентрации 0,1-0,2 г/л эф- фективность очистки увеличивается. При этом ополаскивание от СМС проводят в католите при однократном погружении.
  5. Католит целесообразна использовать для стир- ки сильно загрязненного белья.

----Методы контроля качества анолита и католита.

----Качество анолита контролируют по содержанию активного хлора, солесодержанию, водородному показателю и окислительно-восстановительному потенциалу. Качество католита контролируют по солесодержанию, водородному показателю и окислительно-восстановительному потенциалу. Содержание активного хлора определяют по ГОСТ 18190-72 методом Пейлина, или по ГОСТ 18910-72 методом иодометрического титрования.

----Для приблизительной оценки содержания активного хлора (с точностью ± 50 мг/л ) в анолите из установок СТЭЛ можно пользоваться зависимостью:

             700*J
    Са.х. = --------,
               Q

где Са.х. - содержание активного хлора в анолите; J - сила тока, А; Q - объемный расход анолита, л/ч.

----Содержание растворимых солей в воде (солесодержание) принимают приближенно равным общему содержанию растворимых веществ и определяют методом измерения сухого остатка по ГОСТ 18164-72.

----Водный показатель (рН) и окислительно-восстановительный потенциал измеряют иономерами типов И-102, И-121, рН-мерами рН-340, рН-121 в соответствии с инструкцией по эксплуатации соответствующего прибора.

----Все указанные показатели используют при полной проверке работы установок СТЭЛ. Оперативный контроль свойств анолита осуществляют измерением содержания активного хлора, католита - измерением окислительно-восстановительного потенциала.

Литература:

  • Бахир В.М. Электрохимическая активация. Ч.1,2. -М.; ВНИИИМТ НПО "ЭКРАН". 1992. 401 с., 254 с.
  • Бахир В.М., Вторенко В.И., Задорожний Ю.Г., Леонов Б.И., Паничева С.А., Прилуцкий В.И. Некоторые аспекты получения и применения электрохимически активированного раствора - анолита АНК. Третий Международный Симпозиум "Электрохимическая активация в медицине, сельском хозяйстве, промышленности". Тезисы докладов и краткие сообщения. Москва, 2002. c.3-25.