Физико-химические свойства ультрафиолета и озона.
Мы ежесекундно сталкиваемся с миллионами микроорганизмов – бактериями, вирусами, грибами. Невидимые глазом, они окружают нас повсеместно: спим мы или бодрствует, работаем или отдыхаем, смотрим телевизор или занимаемся спортом, принимаем пищу или общаемся с животными. Микроорганизмы могут быть в окружающем воздухе, на предметах, к которым мы прикасаемся, на продуктах, которые мы едим. Большинство из них не несут никакой угрозы, но есть и такие, которые вызывают опасные заболевания: бактерии (возбудители туберкулеза, дифтерии, сальмонеллеза, тифа, сифилиса), вирусы (возбудители гриппа, кори, полиомиелита) и грибы, являющиеся причиной стригущего лишая и кожных заболеваний. Чрезмерный рост микроорганизмов может обернуться распространением неприятного запаха всем приходилось сталкиваться с испорченным мясом, сгнившими овощами и фруктами, прокисшим молоком, заплесневелым хлебом – все это результат жизнедеятельности микроорганизмов. Образование плесени во влажных местах и под обоями грозит развитием аллергических реакций.
Еще задолго до Луи Пастера люди, ничего не зная о микромире, начали бороться с вредной микрофлорой. В настоящее время широкое применение находит метод облучения «светом» ультрафиолетовой части спектра с длиной волны 100 — 400 нм. В этом диапазоне выделяют три области : УФ-А (320-400 нм), УФ-В (275-320 нм) и УФ-С (275-180 нм). На Землю УФ-излучение попадает преимущественно от Солнца. УФ-А беспрепятственно достигает поверхности, УФ-В частично, а УФ-С полностью поглощается верхними слоями атмосферы. Для получения ультрафиолета с длиной волны менее 320 нм используют электродуговые лампы из кварцевого стекла, так как в отличие от обычного силикатного стекла кварц пропускает УФ-лучи. Такие лампы получили название кварцевые, а обеззараживание с их помощью – «кварцевание».
Различные молекулы поглощают энергию электромагнитного колебания определенных длин волн, и для каждого вещества спектр поглощения является постоянной характеристикой, обусловленной наличием в них тех или иных химических связей, присутствием атомов металлов и пространственным строением. Например, хлорофилл, пигмент зеленых растений, поглощает волны света в видимой синей (около 450 нм) и красной (680-700 нм) частях спектра, энергия, полученная от электромагнитного колебания, расходуется на синтез сахаридов (моносахара, крахмал, целлюлоза) из углекислого газа и воды. Наша кожа, получая ультрафиолет, приобретает бронзовый оттенок. Это происходит благодаря находящемуся в ней пигменту меланину. Старая пленочная фотография – это тоже пример использования фотохимической реакции.
Почему УФ-лучи обладают бактерицидными свойствами? В живой клетке есть молекулы, максимальное поглощение электромагнитных колебаний которых приходится на ультрафиолетовый диапазон спектра. Белковая молекула имеет область поглощения около 280 нм, молекула ДНК – 240-300 нм, с пиком поглощения 254 нм. Колебания таких частот вызывают наибольшие деструктивные изменения. В белках рвутся водородные и ионные связи, придающие цепочке из аминокислот определенное пространственное строение, структура молекул нарушается, и происходит денатурация подобная той, которую мы можем наблюдать, жаря куриное яйцо на сковородке. Белки, выполняющие важные функции: структурную («строительную»), транспортную, защитную, обеспечение движения, ферментную, денатурируя, утрачивают свои свойства, и процессы в клетке прекращаются. В молекулах ДНК энергия УФ-излучения вызывает образование димеров пиримидиновых оснований, преимущественно тимина.
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) – молекула биополимера, состоящая из нуклеотидов. Нуклеотиды, в свою очередь, состоят из фосфорной кислоты, дезоксирибозы и одного пуринового (аденин, гуанин) или пиримидинового (тимин, цитозин). Мономеры связываются между собой через мостик из фосфорной кислоты, образуя длинные цепи. Последовательность оснований, называемая также генетическим кодом, уникальна, в ней «записана программа» функционирования клетки, когда и какие белки должны быть синтезированы. Пуриновые основания одной цепочки связываются водородными связями с пиримидиновыми основаниями другой такой же цепочки, образуя двойную спираль. Пуриновые и пиримидиновые основания оказываются внутри этой спирали максимально защищенными от нежелательных внешних воздействий. При создании копии ДНК перед делением клетки (репликации) и при синтезе РНК (рибонуклеиновой кислоты), вспомогательных молекул в синтезе белков (транскрипции) двойная спираль расплетается на две цепочки и по завершении процесса соединяется обратно, подобно молнии на куртке. Образовавшиеся вследствие воздействия УФ-лучей димеры тимина делают невозможным ни транскрипцию, ни репликацию, приводя к гибели клетки.
Облучение ультрафиолетом с длиной волны 185 нм газовой смеси, содержащей кислород, вызывает еще одну химическую реакцию – образование озона, который также нашел широкое применение. Озон и кислород – две аллотропные формы химического элемента кислород, кислород имеет в своем составе два атома кислорода, а озон – три. Озон – газ синего цвета с резким запахом, более чем в 1,5 раза тяжелее воздуха. В атмосфере Земли этот газ образуется во время грозы и под воздействием ультрафиолетовых лучей от Солнца, максимальная концентрация наблюдается на высоте 20-25 км, где он образует озоновый слой. Озон – сильнейший окислитель, способный реагировать со всеми металлами, кроме платины, золота, иридия, с неорганическими и органическими веществами, с токсическими, окрашенными и неприятно пахнущими веществами, приводя к образованию безопасных и бесцветных производных без запаха. Озон взаимодействует с остатками жирных кислот липидов – основного строительного материала мембран клеток микроорганизмов, изменяя их свойства. Жизнедеятельность таких клеток нарушается вследствие того, что мембраны не могут выполнять защитные и транспортные функции. Таким образом происходит уничтожение всех болезнетворных бактерий и, в том числе наиболее распространенных, сальмонеллы и кишечной палочки. Окислительная способность озона используется для обеззараживания питьевой воды, нейтрализации токсинов, дезинфекции воды в бассейнах, для стерилизации препаратов в медицине. С каждым годом озонирование находит все большее применение, так как этот метод эффективнее использования хлорсодержащих веществ, а продукты окисления озоном нетоксичны, в отличие от продуктов хлорирования.
Относительно недавно в мире появилась технология фотолитического озонирования, применяемая для обработки воды, и заключающаяся в одновременном воздействии на воду ультрафиолетом и озоном. Уникальность этого метода заключается в том, что при таком сочетании органические молекулы окисляются в 1000-10000 раз быстрее.
Компания Advanced Medical Systems предложила использование данной технологии для бытового применения. Ультрафиолетовая бактерицидная озонирующая кварцевая лампа (бактерицидный облучатель) LONGEVITA UV CURE* mini, созданная ею, предназначена для обработки воздуха ультрафиолетом длиной волны от 180 нм. В результате воздействия ультрафиолета 185 нм на кислород воздуха образуется озон в малой концентрации. Параллельно происходят два уникальных по активности процесса:
- кварцевание с использованием длины волны 254 нм;
- озонирование под воздействием ультрафиолетового облучения.
Одновременная обработка ультрафиолетом и озоном способна убивать все штаммы бактерий (таких как сальмонелла и кишечная палочка), вирусы (включая гепатит и ВИЧ) и вегетативные формы и споры грибов. Устройство обеспечивает постоянную обработку воздуха, автоматически включаясь на три минуты через каждые три часа, и работает без обслуживания 2 месяца. Может использоваться повсеместно для дезинфекции, устранения запахов, удаления плесени и других грибов, для хранения продуктов и просто для создания ощущения свежести.
Благодаря миниатюрности и автономности, LONGEVITA UV CURE mini применяется для дезинфекции и устранения запаха в холодильнике, устранения запаха животных, в ванной комнате и санузле, для хранения продуктов питания, в кладовках и кухонных шкафах, для хранения обуви и одежды.
Сочетая в себе инновационные научные разработки, кварцеватель способствует обеспечению здорового образа жизни, и применяется во множестве сфер жизни семей в квартирах, домах и на дачах – везде, где человек контактирует с природой и всем, что его окружает.
*Лечение ультрафиолетом (англ.)
