ХИМИЯ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ, 2014, том 48, № 5, с. 402-405
-- ПЛАЗМОХИМИЯ =
УДК 544.55
ОБРАЗОВАНИЕ ПЕРОКСИАЗОТИСТОЙ КИСЛОТЫ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ИЗЛУЧЕНИЯ ПЛАЗМЫ ИСКРОВОГО РАЗРЯДА НА ВОЗДУХЕ
© 2014 г. И. М. Пискарев*, И. П. Иванова**, ***, С. В. Трофимова**, ***, А. А. Ичеткина**, ***, О. Е. Бурхина***
*Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ им. М.В. Ломоносова
119234, Москва, Воробьевы горы Е-таИ: i.m.piskarev@gmail.com **Нижегородская государственная медицинская академия Министерства здравоохранения и социального развития
603005, Нижний Новгород, пл. Минина и Пожарского, 10/1 ***Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского — Национальный исследовательский университет 603950, Нижний Новгород, просп. Гагарина, 23 Поступила в редакцию 02.04.2014 г. В окончательном виде 30.04.2014 г.
Исследована реакция стабильного свободного радикала ДФПГ* с водой, обработанной излучением плазмы искрового разряда на воздухе, сразу после облучения и в течение 13 сут после. Выбор связан с тем, что пероксиазотистая кислота ОМООЫ, которая может образовываться под действием излучения, является донором атомарного водорода, и реакция с ДФПГ * позволяет определить ее концентрацию. Образование ОМООЫ идентифицировано на 4-й день после обработки [ОМООЫ] = (1.5 ± 0.5) х х 10-5 моль/л. Это подтверждает сделанное ранее предположение, что в воде образуется комплекс, содержащий пероксинитрит и пероксиазотистую кислоту, который распадается 13—14 сут.
БОТ: 10.7868/80023119714050123
Пероксинитрит (ONOO) и пероксиазотистая кислота (ONOOH) обладают высокой биологической и химической активностью и сильно влияют на процессы, происходящие в живом организме [1]. Образование пероксинитрита в воде под действием излучения плазмы искрового разряда на воздухе идентифицировано в [2]. Влияние излучения плазмы на биологические объекты исследовано мало. Обычно используется непосредственный контакт плазмы с образцом. При этом воздействию плазмы подвергается поверхность объекта. В [3] установлено, что при обработке E. coli плазмой диэлектрического барьерного разряда при количестве бактерий в образце 106—107 наблюдается 100% бактерицидный эффект, в то время как при количестве бактерий 109 степень дезактивации не превышает несколько процентов. При обработке тех же бактерий УФ-излучением ртутной лампы характерной величиной, описывающей процесс дезактивации, является доза излучения, при которой количество бактерий уменьшается в 10 раз. То есть под действием УФ-излучения процент уменьшения количества бактерий при определенной дозе излучения не зависит от начального количества бактерий [4]. В [5] дается оценка цитотоксического действия излучения газоразрядной плазмы на опухолевые клетки. Установлены значительные нарушения в структуре цито-
плазматической и ядерной мембран, белковые молекулы этих клеток претерпевают выраженную окислительную модификацию. Механизмы воздействия излучения плазмы не совсем ясны. Одним из основных активных факторов может быть пероксинитрит. В [2] установлено, что пероксинитрит появляется в обработанной импульсным излучением плазмы воде на 4—5 сут после облучения, его концентрация достигает максимума на 10—11 сут и уменьшается до уровня фона на 14-е сут.
С образованием как пероксинитрита, так и пероксиазотистой кислоты может быть связана высокая биологическая активность излучения плазмы. Поэтому представляет интерес исследовать образование под действием импульсного излучения плазмы образование пероксиазоти-стой кислоты, так как в [2] предположено, что пероксинитрит и пероксиазотистая кислота образуют комплекс, распадающийся за время ~14 сут после облучения. В [2] идентифицирован пероксинитрит, а пероксиазотистая кислота — нет. Целью настоящей работы было исследование реакции стабильного свободного радикала 2,2-дифе-нил-1-пикрилгидразил (ДФПГ*) с обработанной излучением плазмы водой, так как радикал ДФПГ* может восстанавливаться пероксиазотистой кислотой и служить индикатором ее появления.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Использовался генератор излучения плазмы искрового разряда ИР-10, описанный в [6]. Частота повторения импульсов составляла 10 Гц. Длительность переднего фронта импульса 50 нс. Полная длительность импульса 100 мкс. Энергия, выделяемая в импульсе, 5.9 х 10-2 Дж. Плотность потока энергии фотонов УФ-С диапазона за время длительности импульса (100 мкс, 10 Гц) на расстоянии 1 см от электродов (импульсная мощность) составляет 2 Дж/см2, средняя мощность излучения на том же расстоянии равна (2 ± 0.3) х х 10-3 Дж см-2 с-1, поток фотонов УФ-С диапазона 1.26 х 10-10 моль см-2 с-1. Максимум спектра излучения лежит при X = 220 нм. По мере остывания искрового шнура максимум спектра излучения смещается в сторону более длинных волн и проходит УФ и видимый диапазон до 800 нм.
Готовили раствор стабильного свободного радикала дифенилпикрилгидразина ДФПГ* в 96% этиловом спирте, 5 мг ДФПГ* на 200 мл спирта. Для изучения реакции ДФПГ* с продуктами, образовавшимися в воде под действием излучения плазмы, обработанную воду смешивали со спиртовым раствором ДФПГ* в соотношении 1:1. Смесь выдерживали 3 мин, после чего измеряли спектр поглощения. Контрольный образец готовили смешиванием спиртового раствора ДФПГ* с необработанной дистиллированной водой 1 : 1. Обработка растворов излучением плазмы искрового разряда осуществлялась в стерильных пластиковых чашках Петри диаметром 40 мм. Объем жидкости 4 мл. Время обработки 1-50 мин. Расстояние от поверхности жидкости до электродов 30 мм. Реакцию с ДФПГ* изучали путем измерения спектра поглощения смеси спиртового раствора ДФПГ* с обработанной водой (1 : 1) в диапазоне длин волн 200-800 нм. Спектры измеряли через 3 мин после смешивания растворов. Обработанную 20 мин воду хранили 13 сут, ежедневно беря ее образец, смешивая со спиртовым раствором ДФПГ* и измеряя спектр поглощения смеси. Все измерения повторяли 3-5 раз.
Спектры измеряли на спектрофотометре "Флюорат-02 Панорама" ("Люмэкс", Санкт-Петербург, Россия). Толщина кюветы 10 мм. Величину рН измеряли прибором "Эксперт 001" (фирма "Эконикс", Россия). Использовали химически чистые реактивы, дистиллированная вода (рН„5.9).
РЕЗУЛЬТАТЫ
После обработки излучением плазмы в течение 20 мин величина рН уменьшалась от 5.9 до 3.1. Спектры поглощения растворов представлены на рис. 1: спиртовый раствор ДФПГ*, разбав-
А
2.5 г
200
400
600
800 нм
Рис. 1. Спектры поглощения растворов: 1 - ДФПГ* + + дистиллированная вода, 1 : 1; 2 - ДФПГ * + обработанная 20 мин вода, 1 : 1; 3 — обработанная 20 мин вода, разбавленная дистиллированной водой 1 : 1.
ленный дистиллированной водой, 1 : 1 (1); спиртовый раствор ДФПГ*, смешанный с обработанной 20 мин излучением плазмы водой, 1 : 1 (2); обработанная 20 мин излучением плазмы вода, смешанная с дистиллированной водой, 1 : 1 (3). Спектры растворов с ДФПГ* измерялись через 3 мин после смешивания. Это время шла реакция, и оптическая плотность раствора менялась. При времени задержки более 3 мин цвет растворов и его насыщенность сохранялись.
Из рис. 1 видно, что в спектре раствора ДФПГ*, разбавленного необработанной водой (кривая 1), имеются максимумы при X = 330 и 520 нм. Линия 520 нм связана с самим ДФПГ*. Линия 330 нм -его восстановленная форма ДФПГ-Н [7]. Концентрация ДФПГ*, оцененная исходя из оптической плотности пика 520 нм, [ДФПГ*] = (3.5 ± ±0.5) х 10-5 моль/л (е = 104 л моль-1 см-1) [8]. При смешивании с обработанной 20 мин водой линия 520 нм сильно уменьшается (кривая 2), оптическая плотность линии 330 нм не меняется. На правом склоне линии 330 нм появляется неразрешенный пик, который можно идентифицировать, как линия 355 нм, связанная с ионами ДФПГ- [8]. Пик при 220-230 нм связан с этилнитратом, продуктом
взаимодействия этилового спирта с ионами N0-, которые накапливаются в воде при обработке излучением плазмы [9].
В спектре обработанной воды, разбавленной дистиллированной водой 1 : 1 (3), виден максимум ~220 нм и слабый максимум 350-360 нм, связанный с азотсодержащими соединениями,
включающими ионы N0- [9]. Для оценки природы пика 350-360 нм измеряли спектр раствора NaN02 0.005 моль/л. Картина спектра была такая, как на рис. 1, кривая 3. В кислой среде рН ~ 3, наблюдающейся в условиях эксперимента после
404
ПИСКАРЕВ и др.
0 5 10 г, сут
Рис. 2. Зависимость отношения оптических плотностей смеси проб обработанной воды и спиртового раствора ДФПГ* для пика при X = 520 нм А/А0, где А — оптическая плотность пика в день измерения, А0 — оптическая плотность для смеси с необработанной водой, от времени выдерживания раствора г (сут). Время г = 0 соответствует свежеобработанному раствору.
обработки 20 мин, ионы N02 в течение 3—5 сут
трансформируются в ионы N0-, максимум 350— 360 нм через 3 сут становится незаметным, пик 220—230 нм остается таким же. Пропадание пика ~360 нм через 3 сут после обработки воды тем же излучением плазмы установлено в [2].
Был наработан объем воды, достаточный для анализа в течение 13 дней. Спектры поглощения, аналогичные рис. 1, для проб воды, взятых через время г после обработки (г = 0 соответствует воде сразу после обработки), измерялись в течение 13 сут. Зависимость отношения оптических плотностей А пика 520 нм в день измерения к оптической плотности для необработанной воды А0 представлена на рис. 2.
ОБСУЖДЕНИЕ
Пропадание пика ~360 нм, связанного с азотсодержащими продуктами, через 3 сут после обработки и появление пика ~300 нм, связанного с пероксинитритом, наблюдали в [2]. Пик ~ 300 нм появлялся в спектре воды через 4—5 сут после обработки, достигал максимума на 10—12 сут и уменьшался до уровня, близкого уровню шума, через 14 сут. Появление пероксинитрита связывалось в [2] с образованием под действием излучения плазмы комплекса, включающего перокси-нитрит и пероксиазотистую кислоту. Концентрация комплекса, образующегося в дистиллированной воде, (1.8 ± 0.4) х 10-3 моль/л.
Исследуемая в настоящей работе реакция воды с ДФПГ* не может быть инициирована пероксинитритом. Из-за пространственных затруднений стабильный радикал не может взаимодействоват
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.