(продолжение)
Хлорированные побочные продукты дезинфекции
Неорганические производные хлора, попадая с пищей в организм человека, приводят гематотоксическим и нефротоксическим эффектами и к угнетению функций щитовидной железы. Наличие таких негативных последствий побудили установить обязательные лимиты для хлоритов и хлоратов в пищевых продуктах. Особые опасения вызывает наличие таких контаминатов в детском питании из-за повышенной восприимчивости детей к указанным токсическим эффектам, при этом следует учитывать, что молочные продукты часто являются основном ингредиентом в большинстве смесей кормления. В целом, более 600 летучих и нелетучих побочных продуктов были выявлены исследователями, изучавшими процессы очистки и дезинфекции с использованием хлорсодержащих продуктов на пищевых производствах.
Анализ хлоратов и перхлоратов. Механизмы, участвующие в образовании неорганических хлорированных побочных продуктов.
Анализ молока, как жидкого, так и сухого, и других молочных продуктов сложен из-за ряда технических проблем. Молочные продукты содержат ряд компонентов, таких как белки, жиры и сахара, которые могут мешать проведению корректного анализа. Большинство аналитических методов включают стадию осаждения белка, например, добавлением органического растворителя, смешивающегося с водой, и кислоты. Жиры могут быть удалены из молока центрифугированием или твердофазной экстракцией.
В результате дезинфекции с использованием хлорсодержащих продуктов в результате реакций окисления образуются неорганические соединения хлора. Хлор способен образовывать большое количество окисленных неорганических побочных продуктов в следствии способности подвергаться окислительно-восстановительным реакциям.
Хлориты образуются в результате реакции двух частей гипохлорита и являются лимитирующей стадией образования хлората. В проведенных исследованиях кинетики реакции разложения растворов гипохлорита обнаружено, что хлорат образуется в концентрированных растворах гипохлорита во время их изготовления и хранения в результате следующих реакций:
OCl— + OCl— ➔ ClO2— + Cl—
OCl— + ClO2 ➔ ClO3 + Cl—
Было обнаружено, что при увеличении концентрации гипохлорит-иона в два раза скорость разложения возрастает в четыре раза, что делает его реакцией второго порядка. Таким образом, рекомендуется разбавлять растворы гипохлорита в два раза, что снижает концентрацию ионов гипохлорита и приводит к снижению скорости разложения. Условия хранения концентрированных растворов гипохлорита представляют собой серьезную проблему, поскольку скорость разложения пропорциональна молярности раствора. Рекомендуется, чтобы гипохлорит натрия хранился в сильнощелочных условиях при значениях рН более 12, это предотвращает быстрое разложение и обеспечивает достаточные концентрации гипохлорит-ионов.
Гидроксид натрия добавляется во время производства средств на основе гипохлорита натрия для обеспечения щелочной среды в которой разложение гипохлорита минимизировано до его окисленных продуктов разложения. Большинство чистящих средств, выпускаемых в США и Европейском Союзе, предназначенных для использования в системах CIP, содержат смесь гидроксида натрия (от 15 % до 20 %) и гипохлорита натрия (от 3 % до 9 %) при pH приблизительно 13 ед. pH.
Хлорноватистая кислота, протонированная форма гипохлорита, которая определяет процесс дезинфекции, представляет собой слабую кислоту с pKa 7,5 при 25 °C. Следует понимать то, что лишь при рН ниже 7,5 хлорноватистая кислота является доминирующим активным веществом по сравнению с гипохлорит-ионом, который является доминирующей формой при рН выше 7,5. Скорость разложения активного хлора увеличивается по мере того как среда становится более щелочной, что обусловлено нарушением термодинамической стабильности ионов гипохлорита и, теоретически, может приводить к разложению имеющихся побочных продуктов хлорита и хлората. Эти оксигалогениды подвергаются дальнейшим реакциям с образованием более термодинамически стабильных оксигалогенидов и могут дополнительно реагировать с образованием перхлоратов, как показано ниже:
ClO— + ClO2— ➔ ClO3— + Cl—
ClO3— + ClO— ➔ ClO4— + Cl—
Перхлорат-ион обнаруживается в растворах гипохлорита натрия, и, подобно хлорат-иону, концентрация перхлората со временем увеличивается. Скорость образования перхлората является реакцией второго порядка, зависящей от концентрации гипохлорита и хлората.
OCl— + ClO3— ➔ ClO4— + Cl—
d[ClO4—]/dt ➔ kClO-4[OCl—][ClO3—]
Имеется иная схема разложения гипохлорита без образования оксихлоридов, когда происходит разложение гипохлорита до кислорода и хлорида. Такая схема реализуется в присутствии определенных ионов металлов, при температурах выше 30 °C, при кислотном pH и в результате воздействия ультрафиолетового излучения.
2ClO ➔ O2 + Cl—
(продолжение следует)