Евсеев Анатолий Константинович Синтез донора активного

На правах рукописи
Евсеев Анатолий Константинович
Синтез донора активного кислорода
анодным окислением разбавленных
растворов сульфата натрия
05.17.03 Технология электрохимических процессов
и защита от коррозии
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата химических наук
Москва – 2008
Работа выполнена на кафедре технологии электрохимических производств
Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева.
Научный руководитель:
доктор химических наук
Российский химико-технологический университет
им. Д.И. Менделеева
Гольдин Марк Михайлович
Официальные оппоненты:
доктор химических наук, профессор
лаборатория органического электросинтеза,
Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН
Петросян Владимир Анушаванович
кандидат химических наук, старший научный сотрудник
Федеральное государственное унитарное предприятие
“Государственный научный центр ″НИОПИК”, Москва
Конарев Александр Андреевич
Ведущая организация:
Институт физической химии и электрохимии
им. А.Н.Фрумкина РАН
Защита состоится _______________ 2008 г. в______ в ауд.___________ на заседании
диссертационного совета Д 212.204.06 в РХТУ им. Д.И. Менделеева (125047 Москва,
Миусская пл., д.9).
С диссертацией можно ознакомиться в Научно-библиотечном центре РХТУ им.
Д.И. Менделеева.
Автореферат диссертации разослан «__»______________2008 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
В.Т. Новиков
1
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. В последние годы возрос интерес к растворам
медицинского назначения, обладающим окисляющими свойствами. Этот интерес
связан с развитием и внедрением методов окислительной терапии («oxidative
therapy»). В основном для этого используют растворы, содержащие растворенные в
воде неорганические окислители (например, озон или перекись водорода). Но
применение таких растворов ограничено в виду их высокой окисляющей активности
и связанных с этим осложнений.
Особый интерес вызывают электрохимические методы синтеза окисляющих
растворов, например, электросинтез раствора гипохлорита натрия. Однако указанный
метод электросинтеза гипохлорита натрия обладает рядом существенных
недостатков, связанных с возможностью образования некоторых потенциально
опасных токсических побочных продуктов в процессе электросинтеза. Кроме того,
систематические исследования, проведенные в последние годы, выявили недостатки
растворов гипохлорита натрия, связанные с его высокой реакционной способностью
по отношению к некоторым важнейшим ферментам, липопротеидам, а также с
индуцированием реакций перекисного окисления липидов, подавлением активности
важнейших антиоксидантов и т.д. Поэтому поиск путей электросинтеза растворов
более мягких и физиологичных окислителей, является весьма актуальным.
Поиск метода электросинтеза менее реакционноспособных окисляющих
растворов, особенно в электролитах, не содержащих хлорид ионов, представляется
весьма перспективным, в частности, следует обратить внимание на электросинтез
персульфата натрия в разбавленных сульфатных электролитах, поскольку известно,
что растворы сульфатов не являются токсичными до весьма высоких концентраций.
Цель работы: разработка метода электрохимического синтеза персульфата натрия
как донора «активного кислорода» в разбавленных растворах сульфата натрия, а
также исследование травмирующей способности этих растворов по отношению к
крови и их биологической активности по отношению к некоторым токсическим
метаболитам и экзотоксикантам.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
1. Выяснить принципиальную возможность электросинтеза персульфата натрия в
разбавленных (1-4%-ных) растворах сульфата натрия.
2. Исследовать продукты анодного окисления разбавленных растворов сульфата
натрия.
3. Исследовать травмирующее действие синтезированного раствора по
отношению к биологическим жидкостям (кровь, сыворотка).
2
4. Исследовать окисляющую способность синтезированного раствора по
отношению к некоторым токсическим метаболитам и ксенобиотикам.
5. Сопоставить окисляющее действие синтезированного раствора с действием
раствора гипохлорита натрия.
Научная новизна работы. Разработан и исследован процесс электрохимического
синтеза персульфата натрия путем окисления разбавленных растворов сульфатов
(0,07–0,28 моль/л) на титановом аноде, покрытом диоксидом иридия, в диапазоне
плотностей тока от 8 до 70 А/дм2.
Установлено, что продуктами окисления на аноде разбавленных растворов
сульфата натрия являются кислород и персульфат натрия, который в основном
обуславливает окислительную активность раствора.
С помощью поляризационных измерений установлено, что процесс
электроокисления разбавленных растворов сульфата натрия протекает при
потенциалах не менее 1,9 В (н.в.э.), что позволило высказать предположение о
механизме анодного процесса, заключающемся в непрямом окислении ионов
сульфата до персульфата промежуточными нестабильными кислородсодержащими
продуктами анодного разложения воды.
С помощью хромато-масс-спектрометрии и тонкослойной хроматографии
показано, что под действием синтезированного раствора биотрансформация
экзотоксикантов протекает по механизмам, близким к физиологическим (т.е.,
имеющим место в организме).
Предложена методика предобработки платинового электрода с целью
стандартизации его исходного потенциала, что позволило снизить величину
максимальной ошибки измерений до 2%.
Практическая значимость работы. Установлено, что электрохимически
синтезированные растворы персульфата натрия обладают окисляющей активностью
по отношению к некоторым ксенобиотикам (амитриптилин, хлорпротиксен,
тизерцин, финлепсин) и токсичным метаболитам (билирубин).
Установлено, что синтезированные растворы анолитов, содержащие персульфат
натрия, являются стерильными.
Отмечено, что кислые растворы анолитов обладают бактерицидным действием
по отношению к некоторым видам аэробных и анаэробных бактерий.
Разработано электронное устройство для предотвращения накопления на катоде
гидроксидов и гидрокарбонатов кальция и магния в процессе электролиза, что дает
возможность использовать водопроводную воду в качестве растворителя при
электроокислении сульфатов до персульфатов. Принцип работы устройства основан
3
на периодическом смещении потенциала катода к положительным потенциалам, что
позволяет увеличить работоспособность электролизера без профилактических работ.
Таким образом, разработанный метод электросинтеза персульфатов из
разбавленных растворов сульфатов может быть использован в клинической практике
как для лечения острых отравлений и эндотоксикозов различной этиологии, так и для
синтеза дезинфицирующих растворов, не содержащих хлор.
Предложенный метод предварительной обработки платинового электрода может
быть использован для прецизионных измерений редокс-потенциалов в водных
растворах и биологических средах.
На защиту выносятся результаты исследований:
- метод электрохимического синтеза персульфата натрия в разбавленных
растворах сульфата натрия;
- технологические приемы, интенсифицирующие и оптимизирующие процесс
анодного окисления разбавленных растворов сульфатов;
- информация о биотрансформация токсикантов под действием синтезированных
анолитов, содержащих персульфат натрия;
- методика предварительной обработки платинового электрода для измерения
редокс-потенциалов.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на: 7th European
Symposium on Electrochemical Engineering (Toulouse, 2005), 8-ом Международном
Фрумкинском симпозиуме «Кинетика электродных процессов» (Москва, 2005), 14-ой
Конференции московского городского общества гемафереза «Трансфузионная и
дезинтоксикационная терапия при неотложных состояниях» (Москва, 2006), 21-ой
Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии
«МКХТ-2007» (Москва, 2006), Научно-практической конференции «Актуальные
вопросы экстракорпоральной терапии» (Москва, 2007), 212th ESC Meeting
(Washington, 2007).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 2 статьи в
журналах, рекомендованных ВАК, и 8 тезисов докладов общим объемом 31 стр.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 131 страницах
машинописного текста, содержит 61 рисунков, 8 таблиц и состоит из введения,
литературного обзора, методики эксперимента, раздела экспериментальных данных и
их обсуждения, выводов, списка из 185 библиографических наименований,
приложения.
4
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ВВЕДЕНИЕ. Кратко рассмотрена актуальность проблемы, определены основные
цели и задачи работы.
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ Проведен критический анализ литературы по
основным методам синтеза, в том числе электрохимического, окисляющих растворов
для медицинского использования, содержащих в качестве окислителей гипохлорит
натрия, перекись водорода, озон. Проиллюстрированы основные области
использования указанных растворов в медицинской практике, дан анализ
недостатков, присущих каждому типу растворов.
Рассмотрены
методы
электрохимического
синтеза
персульфатов,
проанализированы основные тенденции развития технологии. Отмечено, что в
работах по электросинтезу персульфата натрия процесс осуществляется в
концентрированных электролитах, в то время как работы по электросинтезу
персульфата в разбавленных растворах сульфатов отсутствуют.
Проведен анализ методов измерения редокс-потенциала в водных растворах и
биологических жидкостях, дающих возможность сопоставлять окислительновосстановительные свойства тестируемых сред. Выявлены основные недостатки
используемых методов, их возможные причины и природа этих причин. Отмечено,
что в большинстве работ приводятся лишь дискретные значения редокс-потенциала,
хотя его величина меняется во время измерения.
Критический анализ литературы позволил сформулировать цели и задачи
настоящей работы.
2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА Электросинтез персульфата натрия
проводился в двухкамерном электролизере фильтр-прессного типа с разделением
катодной и анодной камер катионообменной мембраной МФ-4СК. Рабочая площадь
титанового катода и оксидно-иридиево-титанового анода составляла 6,25 см2
каждого. Объемы как катодной, так и анодной камеры составляли 2,5 см3.
Электролиты (водные растворы 0,07–0,28 моль/л Na2SO4, приготовленные на
бидистиллированной воде) прокачивали через камеры со скоростью 5–15 мл/мин с
помощью перистальтического насоса BL 759 B (Bellco). Напряжение подавалось от
стабилизированного источника питания HY3005D-2 (MASTECH). Концентрацию
персульфата определяли йодометрическим методом на спектрофотометре UV-2401PC
(SHIMADZU).
В качестве объектов исследования окисляющего действия растворов
персульфата натрия были выбраны амитриптилин, хлорпротиксен, тизерцин,
5
финлепсин. Острые отравления этими препаратами наиболее часто встречается в
токсикологической практике. Анализ окисляющего действия синтезированных
растворов
по
отношению
к
ксенобиотикам
осуществлялся
методами
спектрофотометрии на спектрофотометре UV-2401PC (SHIMADZU), хроматографии
в тонких слоях сорбента (в качестве сорбента использовался Kiseigel 60 F 254 с
толщиной слоя 0,2 мм на алюминиевой подложке) и хромато-масс-спектрометрии на
капиллярной колонке HP-5MS (Agilent Technologies).
В ходе исследования на биосовместимость растворов с кровью использовали
спектрофотометрический анализ на гемолиз, а также биохимический анализ крови
при добавлении к ней синтезированного раствора.
3. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ПЕРСУЛЬФАТА НАТРИЯ В
РАЗБАВЛЕННЫХ РАСТВОРАХ СУЛЬФАТА
Известно, что процесс образования персульфат-иона протекает при высоких
анодных плотностях тока (~ 50 А/дм2) и высоких концентрациях сульфатa натрия (до
5 моль/л) на платиновых анодах. Однако основной целью данной работы не являлось
улучшение параметров этого хорошо известного процесса (например, получение
концентрированных растворов персульфата, высокие выходы по току и веществу и
т.п.). Напротив, была поставлена задача синтеза разбавленных растворов
персульфата, причем выходы продукта не имели особого значения, т.к.
предусматривалось использование синтезированного окислителя только для
медицинского применения. Поскольку такая задача ставилась впервые,
первоначально было необходимо выяснить принципиальную возможность
реализации указанного процесса. Выбор анодного материала был обусловлен тем, что
исходно за основу был взят промышленно выпускаемый в настоящее время
электролизер с оксидно-иридиевыми анодами.
Электросинтез проводили в диапазоне плотностей тока от 8 до 70 А/дм2.
Максимальное значение плотности тока было ограничено низкой концентрацией
электролита из-за возможного его разогрева. Максимальная плотность тока при
электролизе 0,07М раствора Na2SO4 составляла 53 А/дм2, в то время как для 0,28М
раствора Na2SO4 максимальная плотность тока составляла 70 А/дм2.
Важнейшей задачей была расшифровка продуктов анодного окисления. Было
предположено, что вероятными продуктами могут быть озон, пероксид водорода,
персульфат натрия и кислород. Было доказано отсутствие пероксида водорода с
помощью хемилюминесцентного анализа. Качественные реакции на озон также дали
отрицательный результат. Наконец, с помощью реакции с нитратом серебра
6
обнаружено наличие персульфата в анолите. Доказано также, что наличие
растворенного в анолите кислорода не оказывает влияния на количественное
определение персульфата в анолите йодометрическим методом.
Поляризационные измерения с компенсацией омических падений потенциала в
реальных условиях электролиза показали (рис. 1), что анодный потенциал в
исследуемом диапазоне плотностей тока от 10 до 70 А/дм2 составляет около 1,9 В
(н.в.э.), хотя известно, что электроокисление сульфата до персульфата протекает при
потенциалах более 2 В (н.в.э.), в то время как реакция выделения кислорода
протекает на диоксиде иридия при потенциале 1,4 В (н.в.э.).
2
Е, В (н.в.э.)
1,8
1,6
1,4
1,2
1
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
lg i, А/дм 2
Рис. 1. Анодная поляризационная кривая. Скорость развертки потенциала 50 мВ/с.
Раствор 0,14 моль/л Na2SO4, скорость протока электролита 10 мл/мин.
Исходя из полученных данных, можно предположить, что процесс образования
персульфат-иона в разбавленных растворах протекает по механизму непрямого
окисления сульфат-иона образующимися на аноде нестабильными частицами
кислорода (например, НО•):
H2O → HO• + H+ + ē
2SO4- + 2HO• → S2O82- + 2HOПри исследовании влияния параметров электросинтеза на содержание
персульфата в анолите было отмечено, что количество образующегося персульфата
7
возрастает при увеличении концентрации исходного электролита, но уменьшается
при повышении скорости его протока через электрохимическую ячейку (рис. 2а).
Также отмечено, что при плотностях тока выше 30-40 А/дм2 концентрация
персульфата начинает снижаться. Вероятно, это явление связано с разложением
персульфата вследствие разогрева электролита при указанных параметрах
электролиза до температур выше 300С (рис. 2б).
2,5
а
СS2O82-, ммоль/л
2
2
1,5
5
3
1
4
1
0,5
0
0
10
20
30
50
40
1
40
0
60
70
80
2
i, А/дм
б
45
tанолита, С
50
3
4
5
2
35
30
25
20
15
10
5
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
2
i, А/дм
Рис. 2. Зависимость концентрации персульфата в анолите (а) и температуры
анолита (б) от плотности тока. 1 – 0,07M Na2SO4, скорость протока 10 мл/мин; 2 –
0,14M Na2SO4, скорость протока 5 мл/мин; 3 – 0,14M Na2SO4, скорость протока
10 мл/мин; 4 – 0,14M Na2SO4, скорость протока 15 мл/мин; 5 – 0,28M Na2SO4,
скорость протока 10 мл/мин.
8
9
Найдено также, что выход по веществу снижается при увеличении концентрации
исходного электролита и скорости его протока через электролизер. Увеличить выход
по веществу можно, снижая скорость протока электролита, но это не целесообразно в
связи с разогревом анолита и, как следствие, увеличением скорости разложения
образующегося персульфата. Использование более низких концентраций исходного
электролита тоже нежелательно из-за усиления разогрева электролита.
В свою очередь, выход по току возрастает при увеличении концентрации
исходного электролита и скорости его протока через ячейку. В диапазоне
концентраций исходного электролита от 0,14 до 0,28 моль/л и скорости протока
электролита от 10 до 15 мл/мин выходы по току изменяются незначительно по
сравнению с диапазоном концентраций исходного электролита от 0,07 до 0,14 моль/л
и скорости протока от 5 до 10 мл/мин. Основные данные, полученные при описанных
выше исследованиях, приведены в таблице на стр. 8.
На основании приведенных данных были выбраны оптимальные условия
электросинтеза: концентрация исходного электролита 0,14–0,28 моль/л, скорость
протока электролита через ячейку 10 мл/мин, плотность тока 30–50 А/дм2. При
указанных условиях удавалось получить анолиты, содержащие 1,25–1,48 ммоль/л
персульфата при выходе по веществу 1–2% и выходу по току 1,2–2,8%.
4. ИЗМЕРЕНИЕ РЕДОКС-ПОТЕНЦИАЛОВ
4.1. Методика предварительной обработки электрода для измерения редокспотенциалов (РП)
Одной из важных характеристик растворов, обладающих окисляющим
действием, является величина редокс-потенциала. Обычно РП в водных растворах
измеряют с помощью платинового электрода. Измерение РП проводилось на
электроде площадью 3,3·10-2 см2, хлоридсеребрянный электрод служил электродом
сравнения. Величина РП регистрировалась с помощью потенциостата IPC-Compact
(НПО “Вольта”). Объем образцов для исследования РП составлял 10 мл.
Однако
при
измерении
редокс-потенциалов
синтезированных
нами
окислительных растворов по стандартной методике наблюдается большой разброс
результатов. По-видимому, это связано с постепенным окислением поверхности
платинового электрода в процессе проведения измерений, что, в свою очередь,
приводит к смещению потенциала к более положительным значениям. Для того
чтобы избежать указанных искажений, было решено стандартизовать исходное
значение потенциала платинового электрода с помощью предварительной обработки
электрода. Экспериментально было найдено, что циклическое наложение потенциала
10
со скоростью 500 мВ/с в течение 50 циклов в диапазоне потенциалов от -600 до +600
мВ (х.с.э.), а затем в течение 10 циклов в диапазоне от +100 дo +200 мВ приводит к
стабилизации потенциала рабочего электрода в деоксигенированном водном растворе
0,14 M Na2SO4 и его значение составляет 140±5 мВ. Эта величина потенциала
(«контрольный потенциал») проверялась после каждой обработки до начала
измерений. Стандартное отклонение «контрольного потенциала» не более 2%.
4.2. Влияние параметров электросинтеза на величину редокс-потенциала
анолита
Было отмечено, что значение РП анолитов возрастает во время измерения (рис.
3). Для упрощения анализа влияния параметров электросинтеза на величину РП
анолитов, было решено принять за “контрольное значение” величину РП,
установившуюся через 15 минут измерения.
380
2
3
4
360
РП, мВ (х.с.э.)
340
320
1
300
280
260
240
220
200
0
300
600
900
1200
1500
1800
2100
t, с
Рис. 3. Зависимость РП анолита (0,14М Na2SO4, 5 мл/мин) от времени. Плотность
тока, А/дм2: 1 – 8, 2 – 24, 3 – 40, 4 – 52,8.
Установлено, что величина РП растет при увеличении плотности тока для всех
исследуемых растворов (рис. 4а), что в достаточной степени коррелирует с данными
по зависимости концентрации персульфата в анолите от плотности тока. В тоже
время, величина рН анолитов уменьшается при увеличении плотности тока (рис. 4б),
что связано с выделением на аноде кислорода и, как следствие, подкислением
анолита.
11
Можно предположить, что РП анолита определяется не только концентрацией
персульфата в анолите, а совокупностью параметров. К таким параметрам можно
отнести концентрацию персульфата в анолите, как указано выше, концентрацию
электролита, рН среды. Поэтому оценка влияния параметров электролиза на величину
РП анолита возможна только при комплексном рассмотрении указанных выше
параметров. В связи с этим необходимо дальнейшее более детальное изучение
данного вопроса.
340
а
РП, мВ (х.с.э.)
320
5
2
300
3
280
4
1
260
240
220
200
0
10
20
30
40
50
60
70
80
i, А/дм
3
2
б
2,5
рНанолита
2
1,5
1
2
1
3
4
5
0,5
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
2
i, А/дм
Рис. 4. Зависимость РП анолита через 15 минут (а) и рН анолита (б) от плотности
тока. 1 – 0,07M Na2SO4, скорость протока 10 мл/мин; 2 – 0,14M Na2SO4, скорость
протока 5 мл/мин; 3 – 0,14M Na2SO4, скорость протока 10 мл/мин; 4 – 0,14M Na2SO4,
скорость протока 15 мл/мин; 5 – 0,28M Na2SO4, скорость протока 10 мл/мин.
12
На основании предложенных нами выше оптимальных условий можно получить
анолиты с величиной РП 273–305 мВ и рН 1,38–1,86.
В ходе бактериологических исследований было обнаружено, что в процессе
электролиза растворы становятся стерильными. Кроме того, показано, что кислый
анолит (РП 286, рН 1,54), полученный электролизом 0,14М Na2SO4 при скорости
протока 10 мл/мин и плотности тока 40 А/дм2, обладает дезинфицирующими
свойствами по отношению к Pseudomonas aeruginosa (синегнойная палочка) и
Staphylococcus aureus (золотистый стафилококк). Эти результаты указывают на то,
что анолиты могут быть использованы в качестве дезинфицирующих растворов.
4.3. Исследование влияния добавок синтезированных растворов на редокспотенциал биологических жидкостей
В качестве объекта исследования РП биологических жидкостей была выбрана
сыворотка крови. Этот выбор был обусловлен тем, что другие возможные объекты
(кровь, плазма крови) оказались мало пригодны в качестве сред для исследования.
Так, при измерении в цельной крови происходит оседание форменных элементов,
что может влиять на значение РП. Помимо этого кровь и плазма, используемые в
клинических исследованиях, содержат в своем составе антикоагулянты (например,
гепарин, цитрат, ЭДТА), препятствующие свертыванию и других нежелательных
процессов разложения указанных сред. Было обнаружено, что добавление
стабилизатора искажает результаты измерения РП (рис. 5).
120
100
РП, мВ (х.с.э.)
80
60
3
40
20
2
0
-20
-40
0
300
600
900
1200
1500
1800
2100
t, с
1
Рис. 5. Влияние добавки антикоагулянта на РП. 1 – сыворотка крови, 2 – плазма
крови, 3 – сыворотка + антикоагулянт (гепарин).
13
Добавление синтезированного раствора, нейтрализованного до рН 7,3, к
сыворотке крови приводит к незначительному смещению ее потенциала в
положительную сторону на 3,5 мВ (Рис. 6).
60
РП, мВ (х.с.э.)
40
3
20
0
-20
0
300
600
900
1200
1500
1800
2100
t, с
-40
-60
2
1
-80
-100
Рис. 6. Зависимость величины РП сыворотки крови при взаимодействии с
синтезированным раствором. 1 – сыворотка + физиологический раствор (10:1), 2 –
сыворотка + синтезированный раствор (10:1), 3 – сыворотка + 0,06% раствор
гипохлорита натрия (10:1).
Это может свидетельствовать о том, что имеет место некоторое повышение
окислительной активности сыворотки. В то же самое время, добавление к сыворотке
крови 0,06% раствора гипохлорита натрия приводит к смещению ее редокспотенциала в положительную сторону более чем на 100 мВ. Такое резкое смешение
не является физиологичным и может неблагоприятно сказаться на свойствах
сыворотки.
5.
ИССЛЕДОВАНИЕ
БИОСОВМЕСТИМОСТИ
СИНТЕЗИРОВАНЫХ
РАСТВОРОВ И ИХ ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ
С помощью реакции на гемолиз было установлено, что синтезированные
растворы не обладают травмирующим действием по отношению к форменным
элементам крови. Показано также, что добавление синтезированного раствора к
крови не приводит к изменению биохимических показателей крови, что
свидетельствует о том, что синтезированные анолиты, содержащие персульфат
натрия, являются вполне перспективными для внутривенного использования.
14
Затем была исследована окислительная активность анолитов по отношению к
ксенобиотикам и токсическим метаболитам. Выявлено, что добавление раствора
персульфата натрия к раствору лекарственного препарата в соотношении 1:10
приводит к окислению последнего. Было обнаружено также, что синтезированный
анолит окисляет амитриптилин до амитриптилин N-оксида, в то время как при
действии гипохлорита натрия образуется целый ряд метаболитов, одним из которых
является нортриптилин, обладающий высокой токсичной активностью, в частности,
кардиотоксичностью. Кроме того, было установлено, что персульфат натрия окисляет
тизерцин до тизерцин моносульфоксида, в то время как при взаимодействии
тизерцина с гипохлоритом натрия образуется большое количество метаболитов,
среди которых есть весьма токсичные хлорпроизводные аминов.
Взаимодействие раствора персульфата натрия с мочой, содержащей финлепсин и
его метаболиты, приводит к уменьшению концентрации финлепсина и увеличению
концентрации неактивного метаболита карбамазепин-10,11-дигидродиола, который
является конечным продуктом окисления финлепсина в организме.
Таким образом, биотрансформация психотропных препаратов под действием
анолита протекает по пути, близкому к физиологическому, т.е. имеющему место в
живом организме.
Важно также, что при взаимодействии синтезированного раствора с кровью,
содержащей повышенную концентрацию билирубина (пример эндотоксикоза),
приводит к уменьшению концентрации последнего.
6. ВЫВОДЫ
1. Разработан процесс электросинтеза персульфата натрия в разбавленных
растворах сульфата натрия в электролизере с разделенным катодным и анодным
пространствами на анодах из титана, покрытых катализатором на основе диоксида
иридия.
2. Установлено, что анодными продуктами электролиза разбавленных растворов
сульфата натрия являются молекулярный кислород и персульфат натрия.
при
исследовании
процесса
3. Совокупность
данных,
полученных
электроокисления
разбавленных
растворов
сульфата
натрия,
позволяет
предположить, что персульфат образуется в результате протекания вторичной
реакции окисления ионов сульфата нестабильными частицами кислорода,
образующимися на аноде.
15
4. Электросинтез персульфата наиболее эффективно протекает в растворах
сульфата натрия (0,14–0,28 моль/л) при скорости протока 10 мл/мин и плотности тока
30–50 А/дм2. В этих оптимальных условиях выход по току персульфата натрия
составляет 1,2%–2,8%, а концентрация персульфата в анолите 1,25–1,48 ммоль/л.
5. Установлена биосовместимость синтезированных растворов с кровью и
сывороткой крови, заключающаяся в отсутствии явления гемолиза и изменения
биохимических параметров крови.
6. На примерах токсикантов амитриптилина, хлорпротиксена, тизерцина и
финлепсина исследована и доказана окисляющая способность синтезированных
анолитов по отношению к ксенобиотикам.
7. С помощью хромато-масс-спектрометрии установлена физиологичность
детоксицирующего действия анолита, содержащего персульфат натрия при действии
на финлепсин, который окисляется по механизму, сходному с его биотрасформацией
в организме, до неактивного карбамазепин-10,11-дигидродиола.
8. С целью получения надежного критерия оценки окисляющих свойств анолитов
предложен процесс предварительной обработки платинового электрода для
измерения РП путем наложения циклических импульсов напряжения. Ошибка
измерения не более 2%.
9. Показано, что кислый анолит (РП 286, рН 1,54) обладает дезинфицирующими
свойствами по отношению к Pseudomonas aeruginosa и Staphylococcus aureus.
10. Создано и испытано электронное устройство для очистки катодов в процессе
электролиза водных растворов, содержащих соли жесткости до 450 мг/л.
Работоспособность электролизера без профилактических работ увеличена с 16 часов
до 350 часов.
Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:
Статьи:
1. Евсеев А.К., Лужников Е.А., Гольдин М.М., Гольдфарб Ю.С., Колдаев А.А.,
Волков А.Г., Курилкин Ю.А., Царькова Т.Г. Электросинтез и биологические свойства
детоксицирующих окисляющих растворов в виде персульфатов // Токсикологический
вестник. – 2007. – № 2. – с. 34–42.
2. Евсеев А.К., Колесников В.А., Хубутия М.Ш., Гольдин М.М., Колдаев А.А.,
Шибаев А.Н. Электросинтез водных растворов оксидантов для детоксикации
организма // Химическая промышленность сегодня. – 2008. – № 2. – с.29–37.
16
Тезисы докладов:
1. Goldin M., Fateev V., Goldfarb Yu., Shestoperov V., Evseev A., Grigoriev S.,
Luzhnikov E. Electrosynthesis of oxidizing solution without chlorine: disinfecting and
detoxifying properties // Proceeding of the 7th European Symposium on Electrochemical
Engineering, Toulouse. – 2005. – p. 477.
2. Evseev A.K., Fateev V.N., Goldin M.M., Goldfarb Yu.S., Koldaev A.A., Kurilkin
Yu.A. Volcov A.G. Anodic generation of active oxygen at some oxide catalysts from water
sulfate solutions and biological properties of its // Proceedings of VIII International
Frumkin Symposium, Moscow. – 2005. – p. 111.
3. Евсеев А.К., Колдаев А.А., Царенко С.В., Курилкин Ю.А., Гольдин М.М.,
Гольдфарб Ю.С., Ишутин В.А. Непрямое электроокисление некоторых токсичных
метаболитов и ксенобиотиков электрохимически синтезированным персульфатом
натрия // 14-ая Конференция московского городского общества гемафереза
«Трансфузионная и дезинтоксикационная терапия при неотложных состояниях»,
Москва. – 2006. – с. 16.
4. Евсеев А.К., Гольдин М.М., Колдаев А.А. Непрямое электрохимическое
генерирование активного кислорода из разбавленных растворов сульфатов для
детоксикации биологических сред // Успехи в химии и химической технологии: сб.
науч. тр. – М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2006. – № 9 (67). – с. 56-60.
5. Лужников Е.А., Леонов Б.И., Евсеев А.К., Степанов А.А., Гольдин М.М., Петров
С.И., Гольдфарб Ю.С., Давыдов Б.В., Теселкин Ю.О., Абакумов М.М. Измерение
окислительно-восстановительного потенциала плазмы крови при лечении
гипохлоритом натрия острых отравлений психотропными препаратами // Материалы
научно-практической конференции «Актуальные вопросы экстракорпоральной
терапии», Москва. – 2007. – с. 129–130.
6. Goldin Mark M., Blanchard G.J., Evseev A.K., Kolesnikov V.A., Goldfarb Yu.S.,
Volkov A.G., Goldin Mikhail M. Redox potential measurement in aqueous solutions and
biological media // 212th ESC Meeting, Washington. – 2007. – p. 815.
7. Khubutiya M.S., Leonov B.I., Evseev A.K., Volkov A.G., Goldfarb Yu.S., Kurilkin
Y.A., Goldin M.M. Electrochemical generation of oxidizing particles in aqueous solutions //
212th ESC Meeting, Washington. – 2007. – p. 819.