一種殺菌消毒劑穩定性及活化效果的研究*

譙順彬，張義明，田 輝

（貴州工業職業技術學院，貴州貴陽550008）

二氧化氯是一種高效、廣譜、安全、無毒的殺菌消毒劑，是氯制劑最理想的替代品，被世界衛生組織（WHO）和世界糧農組織（FAO）列為A1級安全高效消毒劑，美國、歐洲和日本等先后將其列為食品添加劑進行應用。二氧化氯因具有良好的殺菌、漂白、保鮮、消毒和除臭等功能［1-2］，可廣泛用于飲用水消毒、食品保鮮、水產養殖、醫療衛生及工業用水處理等領域［3-6］。

然而，氣態二氧化氯性質極不穩定，對光、熱、震動、撞擊和摩擦相當敏感，易分解發生爆炸，致使其生產和儲運比較困難。近年來，隨著研究人員對穩定型二氧化氯的深入研究，不僅有效克服了氣態二氧化氯性質不穩定的缺點，而且產品具有更好的實用性［7-8］。但是，這些研究成果仍存在一定的局限性，主要是產品中二氧化氯含量較低、生產成本較高、生產工藝復雜，從而限制了其規模化的應用［9］。因此，研究和開發一種新型的二氧化氯產品對提高二氧化氯的應用價值具有重大意義。利用亞氯酸鈉制備得到的穩定性亞氯酸鈉溶液就是一種新型的殺菌消毒劑。穩定性亞氯酸鈉溶液是指在一定濃度的亞氯酸鈉溶液中加入某些具有緩沖、穩定、惰性等性質的物質配制成的一個穩定體系，主要成分是亞氯酸根（ClO2-），使用時通過加入活化劑釋放出二氧化氯（ClO2），由于無需制備高純度的二氧化氯氣體，極大地簡化了原有的生產流程、降低了生產成本，而且溶液中二氧化氯的濃度高、穩定性好，因此其經濟性、實用性和推廣性更強。

目前，國外對穩定性亞氯酸鈉溶液已有相應的研究，而中國的相關報道甚少。筆者的研究目的是對自制的亞氯酸鈉溶液進行穩定性測試，主要探討其對光、熱及酸的穩定性。同時，為使亞氯酸鈉溶液在使用過程中快速活化生成二氧化氯，對穩定性亞氯酸鈉進行了研究，旨在為研制穩定性亞氯酸鈉溶液的實用性提供一定的參考。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

儀器：UV-2550紫外可見分光光度計；PHS-3C精密數字式酸度計；AG-135電子天平；HH B11.420-BS烘箱。

試劑：亞氯酸鈉、氯化鈉、氯酸鈉、十水硼砂、鹽酸、檸檬酸、過氧化氫，均為分析純。

1.2 穩定性亞氯酸鈉溶液的制備及穩定性測試

1.2.1 穩定性亞氯酸鈉溶液的制備

稱取24.2 g亞氯酸鈉溶于150 mL蒸餾水中，制成ClO2-質量濃度約為120 g/L的亞氯酸鈉原溶液（A）。另稱取相同質量的亞氯酸鈉加適當蒸餾水溶解，加入一定量氯化鈉、氯酸鈉作為穩定劑，以十水硼砂和過氧化氫的混合溶液（物質的量比為1∶4）為緩沖溶液，過濾后補加蒸餾水至溶液體積為150 mL，得到ClO2-質量濃度約為120 g/L的穩定性亞氯酸鈉溶液（B）［10］。 用紫外可見分光光度計檢測 A、B 兩種溶液中的有效成分亞氯酸根（ClO2-）和釋放出的二氧化氯（ClO2）時，吸收峰分別為260nm和358nm。

1.2.2 亞氯酸鈉溶液穩定性測試

為測試亞氯酸鈉溶液的穩定性，選取光照、加熱、加酸3個影響因素，考察A、B兩種溶液在3種條件下的穩定性。1）耐光照穩定性測試：取A、B兩種溶液各50 mL，分別裝入50 mL比色管中，放在陽光直射處持續照射240 min，平均氣溫為21℃，每隔30 min檢測兩種溶液中ClO2-的質量濃度。2）耐熱穩定性測試（采用加速實驗法［10］）：取 A、B 兩種溶液各50 mL，分別裝入棕色瓶中，并置于54℃的恒溫箱內，連續放置14 d（相當于室溫下放置1 a），每隔1 d測試兩種溶液中ClO2-的質量濃度。3）抗酸穩定性測試：取A、B兩種溶液各20 mL，分別放入50 mL燒杯中，緩慢加入1 mol/L的鹽酸10 mL，用酸度計測定兩種溶液的pH。

1.3 亞氯酸鈉溶液的活化及活化率測試

穩定性亞氯酸鈉溶液中的二氧化氯是以ClO2-的形態存在，而ClO2-并不具有殺菌消毒的作用，在實際應用中必須經過活化釋放出ClO2方可起到殺菌消毒的作用。分別選用鹽酸（代表即效活化劑）和檸檬酸（代表緩效活化劑）作為活化劑對穩定性亞氯酸鈉溶液進行活化實驗。用1 mol/L的鹽酸和固體檸檬酸將B溶液活化至pH為2.5，分別于10、30、60、240、720 min 測定溶液中 ClO2-的質量濃度，計算溶液的活化率。在此基礎上，選用鹽酸作為活化劑，將 B 溶液 pH 分別調至 0.5、0.9、1.6、2.5，選取10、30min兩個活化時間，計算其活化率，考察制備的穩定性亞氯酸鈉溶液在不同pH條件下的活化率。

溶液中ClO2-的測定（采用直接分光光度法）：溶液中游離的二氧化氯（ClO2-）在260 nm處有最大吸收，利用此法可在10～1 000 mg/L準確測定溶液中ClO2-的含量。

溶液中ClO2-活化率測定：溶液中二氧化氯的活化率（η）直接反映了ClO2-的有效含量，其大小可按下式計算：η=（ρ0-ρt）/ρ0×100%。 式中：ρ0為活化前溶液中ClO2-的質量濃度；ρt為t時刻溶液中殘留的ClO2-的質量濃度。

2 結果與討論

2.1 光照對亞氯酸鈉溶液穩定性的影響

圖1為光照條件下A、B兩種溶液中ClO2-質量濃度隨時間的變化。由圖1可知，隨著光照時間的增加，B溶液中ClO2-質量濃度下降不明顯，光照240min后ClO2-質量濃度下降率僅為0.88%，而A溶液中ClO2-質量濃度下降率為4.1%，說明B溶液的穩定性較A溶液有所提高。從圖1還可以看出，光照前60min，A、B兩種溶液ClO2-質量濃度下降緩慢，光照60 min后兩種溶液ClO2-質量濃度下降幅度較大。這是由于，實驗時間為上午10點到下午16點，起初的光照時間內光照溫度不到20℃，之后隨著光照溫度的升高，兩種溶液中ClO2-質量濃度下降明顯，說明溫度對亞氯酸鈉溶液的穩定性有一定的影響。在實驗中還觀察到，隨著光照時間的延長，A溶液逐漸變成黃綠色，并有氣泡產生，這是由于溶液中亞氯酸根發生分解釋放出二氧化氯氣體的緣故，而B溶液的顏色基本沒有發生變化。

圖1 光照條件下A、B兩種溶液ClO2-質量濃度隨時間的變化

2.2 加熱對亞氯酸鈉溶液穩定性的影響

圖2為54℃恒溫加熱條件下A、B兩種溶液中ClO2-質量濃度隨時間的變化。由圖2可知，A、B兩種溶液中ClO2-質量濃度經54℃加熱后均受到一定的影響，但B溶液中ClO2-穩定性較好，經過14 d恒溫加熱其質量濃度下降率僅為1.76%。而A溶液穩定性較差，ClO2-質量濃度下降明顯，經過14 d恒溫加熱其質量濃度下降率為12.77%（按照消毒規范，消毒劑濃度下降大于10%，即為失效）。同時，在實驗中也觀察到，A溶液很快變成黃綠色，說明加熱促進了二氧化氯的釋放。

圖2 54℃恒溫條件下A、B兩種溶液中ClO2-質量濃度隨時間的變化

2.3 加酸對亞氯酸鈉溶液穩定性的影響

圖3 為向A、B兩種溶液中緩慢添加1 mol/L的鹽酸，溶液pH隨加酸量的變化。由圖3可知，隨著鹽酸加入量增加，兩種溶液pH均有下降，第一次添加鹽酸溶液pH下降尤為明顯。B溶液在pH為5～6出現一個較明顯的緩沖區，添加2 mL鹽酸后溶液具備暫時的緩沖能力，說明溶液在pH為5～6有較好的穩定性。而在A溶液中，添加2 mL鹽酸后，溶液pH從11.5迅速下降至3.0左右，之后隨著鹽酸添加量增加溶液pH趨于穩定。當pH＜3以后，兩條曲線基本趨于平穩并趨于一致，表明有顯著的化學反應發生，并且在化學計量上相似，即亞氯酸鈉的酸解反應。

圖3 A、B兩種溶液pH隨鹽酸加入量的變化曲線

上述實驗表明，制備的穩定性亞氯酸鈉溶液在pH為5～6具有較強的抗酸穩定性，而且有效成分并未發生改變，仍然是亞氯酸根。

2.4 不同活化劑對亞氯酸鈉溶液活化率的影響

表1為分別采用1 mol/L的鹽酸和固體檸檬酸作為活化劑對B溶液進行活化的實驗結果。從表1可知，無論使用鹽酸還是檸檬酸作為活化劑均有明顯的活化效果。檸檬酸為弱有機酸，當溶液pH活化至2.5時，檸檬酸消耗量大，但活化率只有34.69%，這是因為穩定性亞氯酸鈉溶液中亞氯酸根釋放不完全所致。鹽酸為強酸，能快速活化ClO2-釋放出ClO2（見2.3節實驗結果），其活化效果遠強于檸檬酸，活化時間相對較短。同時，從表1可見，當溶液pH為2.5時，欲提高溶液的活化率需要更長的時間，即使用鹽酸作為活化劑，12 h后活化率也只有55.31%。

表1 兩種活化劑對B溶液的活化效果

要使二氧化氯在較短的時間內釋放，必須提高溶液的酸度，故進一步以鹽酸為活化劑進行活化研究。取20 mL B溶液4份，分別用1 mol/L的鹽酸將其 pH 調節至 0.5、0.9、1.6、2.5，當活化時間至 10 min和30 min時，測定各溶液中二氧化氯的活化率，實驗結果見表2。由表2可知，穩定性亞氯酸鈉溶液活化釋放出二氧化氯的量與溶液pH密切相關，pH越低二氧化氯的活化率越高。當pH為0.5時，活化10 min和30 min二氧化氯的活化率分別為90.12%和91.59%，差異不大，而隨著pH升高活化率下降明顯。因此在使用過程中，可根據實際需要調節溶液pH，從而得到相應的二氧化氯活化率。

表2 不同pH對B溶液的活化效果

將穩定性亞氯酸鈉溶液用鹽酸活化至pH為0.5，分別于10 min和30 min時用紫外可見分光光度計在200～400 nm進行吸收光譜掃描，結果見圖4。由圖4可知，隨著時間的延長，溶液中亞氯酸根和二氧化氯的吸收值均有所降低。這是由于，隨著活化時間的增加，溶液中的ClO2-繼續活化導致濃度下降，而釋放出來的大量ClO2由于性質不穩定，易分解，致使其濃度降低，溶液在活化時也觀察到了有氣泡產生。因此，當穩定性亞氯酸鈉溶液pH調節至0.5時，只要10 min即可獲得較高濃度的二氧化氯。但實際應用中溶液活化后要及時使用，否則會影響使用效果。

圖4 用鹽酸活化至溶液pH為0.5不同時間溶液的UV吸收光譜圖

3 結論

分別采用光照、加熱和加酸3種方式對制備的亞氯酸鈉溶液進行穩定性測試。同時，為發揮溶液的殺菌、消毒、保鮮等作用，即要求溶液中需有相應的二氧化氯釋放，從而進行了穩定性亞氯酸鈉溶液的活化研究，分別選擇鹽酸和檸檬酸進行了對比實驗，并對溶液的pH進行了初步研究。實驗結果表明，光照、加熱和加酸均對亞氯酸鈉溶液的穩定性有一定的影響，但與原溶液相比其穩定性明顯的提高。與檸檬酸相比，選擇鹽酸作為活化劑時能在較短的時間內使亞氯酸鈉溶液具有較高的活化率，且溶液中釋放的二氧化氯含量與鹽酸調節溶液的pH有關，溶液pH為0.5時活化率達到90%以上。

研究結果表明，實驗制備的穩定性亞氯酸鈉溶液對光、熱和酸均有較好的穩定性。與傳統使用氣態或液態二氧化氯相比，通過向亞氯酸鈉溶液中添加一定的穩定劑和緩沖溶液制備穩定性亞氯酸鈉溶液，可以根據需要適時調節溶液的pH，從而有效控制二氧化氯的釋放，得到相應的活化率。該法制備的穩定性亞氯酸鈉溶液穩定性好、便于貯存和運輸、使用方便。

［1］方建龍，李新武.二氧化氯氣體空氣消毒效果及其影響因素研究［J］.中國消毒學雜志，2009，26（3）：254-257.

［2］云虹，李凱夫，馬延軍，等.緩釋二氧化氯對人造板甲醛去除效率的研究［J］.無機鹽工業，2015，47（9）：70-72.

［3］楊秀娟，鄧斌，趙金燕，等.二氧化氯在雞蛋保鮮中的應用研究［J］.安徽農學通報，2015，21（17）：116-120.

［4］黃兵，魏自廣，彭洪波，等.二氧化氯在油田污水處理中的應用研究［J］.化學研究與應用，2012，24（8）：1300-1305.

［5］頡敏華，李梅，吳小華，等.雙孢蘑菇保鮮劑及貯運保鮮技術研究［J］.中國食用菌，2010，29（3）：46-47.

［6］陳莉，楊雙全，張義明.穩定性亞氯酸鈉溶液對青椒的保鮮效果［J］.貴州農業科學，2009，37（8）：174-175.

［7］馬闖，莫樹平，蔡淑珍.穩定性二氧化氯溶液在桶裝水空桶殺菌中的應用觀察［J］.飲料工業，2014，17（11）：45-47.

［8］陳英，蔡定妍，劉成偉.一種穩定性二氧化氯消毒液的相關性能研究［J］.中國消毒學雜志，2016，33（12）：1165-1169.

［9］程仕勇，晉日亞.中國二氧化氯固體制劑的研究與發展［J］.無機鹽工業，2011，43（2）：7-9.

［10］郭敏.穩定性亞氯酸鈉溶液的研制及其生物抗菌作用的研究［D］.貴陽：貴州大學，2005.