三組份一元包裝ClO₂消毒粉劑的制備及性能研究

        三組分一元包裝ClO₂消毒粉劑是針對(duì)解決二元產(chǎn)品存在的活化得率低、活化酸度高以及需要高濃度活化等這些缺點(diǎn)而研制的新型固體消毒劑。該藥劑主要由主劑、活化劑和活化促進(jìn)劑組成。其中的活化促進(jìn)劑具有活化增效作用，可以提高活化反應(yīng)活性，減少固體酸的用量，使消毒劑能夠在低酸度（PH=4～6），低濃度（ClO₂ 濃度100mg/l）條件下快速活化，從而減少ClO₂ 的揮發(fā)損耗和刺激性，獲得95%以上活化得率。一種優(yōu)良的消毒劑應(yīng)該具有較強(qiáng)的消毒能力、較好的穩(wěn)定性、較低的毒性及副作用。本文通過(guò)對(duì)三組分一元包裝ClO₂消毒粉劑的制備原理介紹以及對(duì)其穩(wěn)定性、活化得率、毒理作用及殺菌能力的試驗(yàn)研究，以進(jìn)一步的了解該新型消毒劑的特性和應(yīng)用價(jià)值。

1 材料與試驗(yàn)方法

1.1三組分一元包裝ClO₂消毒粉劑的制備

（1）消毒劑的組成及作用原理

         三組分一元包裝ClO₂消毒粉劑主要由主劑亞氯酸鹽、有機(jī)酸和活化促進(jìn)劑組成。其作用機(jī)理為：在活化劑的作用下，亞氯酸鹽在水溶液中發(fā)生歧化反應(yīng)釋放出ClO₂：
                       5ClO₂^- + 4H⁺  →  4ClO₂ + Cl^- + 2H₂O               (1)
通常該反應(yīng)進(jìn)行緩慢，需20～30min, 由式（1）知僅ClO₂^- →ClO₂的轉(zhuǎn)化率為80%。 加入活化促進(jìn)劑(為氯的衍生物以R(Cl)₂表示)后，活化促進(jìn)劑首先在水中發(fā)生水解生成HClO, 生成的HClO與ClO₂^- 迅速反應(yīng)生成ClO₂：
                        R(Cl)₂+ 2H₂O → R(H)₂ + 2HClO                        (2)
                        2ClO₂^- + ClO^- + 2H⁺ → 2ClO₂ + Cl^-+ H₂O              (3)
實(shí)驗(yàn)表明，式(2)、(3)反應(yīng)可在瞬間完成，由式（3）可以看出ClO₂^- →ClO₂的理論轉(zhuǎn)化率可達(dá)100%。本藥劑的關(guān)鍵是在配方中引進(jìn)了反應(yīng)促進(jìn)劑R(Cl)₂。R(Cl)₂是氯的衍生物，其在水中的溶解度（25℃）為2.1g/L, 在pH=5～7的范圍內(nèi)易水解，但在干燥的條件下很穩(wěn)定，與亞氯酸鹽和有機(jī)酸容易共存。利用這種特性，可以用它與其組分制成一體的消毒劑。

（2）消毒劑的制備方法

        將充分干燥并脫水后的亞氯酸鹽、有機(jī)酸和活化促進(jìn)劑按一定比例在充干燥的環(huán)境中混合，加少量的惰性劑過(guò)碳酸鹽，制成含有效ClO₂ 10%的固體制劑，用鋁塑復(fù)合袋封裝，并在袋內(nèi)充入經(jīng)干燥處理的高純氮?dú)猓瑑?chǔ)存于干燥器中待用。使用時(shí)將上述消毒劑溶于100～1000 倍的水中即可配成含ClO2100～1000mg/L的消毒液。

1.2消毒劑的穩(wěn)定性及活化特性研究

        消毒劑的儲(chǔ)存穩(wěn)定性按經(jīng)驗(yàn)法 存放于54±1℃恒溫箱中，每5天用五部典量法測(cè)定一次ClO₂含量，測(cè)定ClO₂的下降率隨時(shí)間的變化。測(cè)定ClO₂活化得率時(shí)，取消毒劑分別溶于100、200、1000倍的水中（理論二氧化氯的濃度分別為1000、500、100mg/l），放置不同的時(shí)間后，用五部典量法測(cè)定各活化液中ClO₂的濃度，并比較不同ClO₂濃度對(duì)活化得率的影響。

1.3 毒性研究

        試驗(yàn)動(dòng)物為健康小鼠。通過(guò)對(duì)小鼠灌喂不同劑量的消毒劑以觀察小鼠隨喂藥量的增加其半致死劑量和小鼠骨髓中微核細(xì)胞率的變化的影響來(lái)研究該藥劑的急性經(jīng)口毒性、致突變毒性和蓄積毒性。實(shí)驗(yàn)方法參照文獻(xiàn)進(jìn)行。

1.4定量殺菌能力研究

        用大腸桿菌（8099）（第六代）、金黃色葡萄球菌（ATCC6538）（第六代）和枯草桿菌黑色變種（ATCC9372）芽胞（第四代）作為定量殺菌試驗(yàn)菌種。按文獻(xiàn)[1]中載體浸泡法進(jìn)行殺菌試驗(yàn)。試驗(yàn)溫度：20±2℃，測(cè)定不同濃度下，作用時(shí)間對(duì)殺菌率的影響。

1.5對(duì)乙肝表面抗原（HBSAg）的破壞能力研究

        用含5%小牛血清的PBS液將HBSAg稀釋至100mg/ml作試液。按文獻(xiàn)[1]的方法，將消毒劑稀釋至不同的試驗(yàn)濃度，分別作用于不同的 HBSAg試液的試管，混勻，作用至預(yù)定時(shí)間，按雙抗夾心二步法操作程序進(jìn)行ELISA檢測(cè)。觀察不同濃度不同時(shí)間對(duì)對(duì)乙肝表面抗原（HBSAg）的破壞能力。同時(shí)設(shè)陽(yáng)性對(duì)照（中和產(chǎn)物加抗原）及陰性對(duì)照（中和產(chǎn)物）。試驗(yàn)溫度20±2℃，結(jié)果判定以S/N＜2.1為消毒合格（其中S/N=試驗(yàn)樣本的平均OD值/陰性對(duì)照的平均 OD值 ）。

2 結(jié)果與討論

2.1 消毒劑的穩(wěn)定性及活化得率

        從圖1可以看出，試驗(yàn)前固體藥劑中ClO₂含量為9.88%，ClO2含量隨貯存時(shí)間的增加而降低。貯存15日時(shí)，ClO₂含量降為9.58%，下降率為3.04%；貯存25日時(shí)，ClO₂含量降為9.45%，下降率為4.35%。試驗(yàn)結(jié)果表明，藥劑的穩(wěn)定性達(dá)到文獻(xiàn)[1]規(guī)定的于54±1℃貯存14日有效成分下降率不大于10%的要求.據(jù)此可以判定該消毒劑正常使用時(shí)有效期可達(dá)一年以上。

 

       
        從圖2可以看出，隨著ClO₂ 濃度的提高，活化得率也隨之提高，并且在活化時(shí)間在5min時(shí)活化的率達(dá)到最高峰，隨后由于ClO2的揮發(fā)或發(fā)生歧化作用而使活化的率有所下降。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明該藥劑的最佳活化時(shí)間為5min。

        從圖2還可以看出消毒劑在高濃度（含ClO2 1000mg/l）最高活化得率為98.91%, 活化pH=4.80, 在低濃度（含ClO₂ 100mg/l）活化時(shí)，活化得率為96.0%, 活化PH=3.82?？梢?jiàn)高濃度活化盡管具有較高的活化得率，但也具有較高的活化酸度。由于在高濃度、高酸度條件下，ClO₂有較大揮發(fā)性和刺激性，給操作帶來(lái)不便，因此要求活化得率不低于95%的情況下，可以在100mg/L濃度下活化。

2.2消毒劑的毒性

2.2.1急性經(jīng)口毒性

        由表1知, 采用各劑量組對(duì)小鼠灌胃后未見(jiàn)明顯中毒癥狀，觀察期內(nèi)無(wú)死亡；雌雄小鼠急性經(jīng)口半致死劑量LD50及95%可信區(qū)間均大于21.5g/kg，根據(jù)消毒劑急性經(jīng)口毒性評(píng)價(jià)方法，該樣品屬于實(shí)際無(wú)毒級(jí)。
表1  急性經(jīng)口毒性試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Testing result of acute qral toxicity

 

注：當(dāng)LD50＞5g/kg體重時(shí)，屬實(shí)際無(wú)毒級(jí)；當(dāng)0.501≤LD50≤5g/kg體重，屬低毒；當(dāng)0.051≤LD50≤0.500g/kg體重，屬中等毒性。

2.2.2體內(nèi)遺傳毒性

表2  樣品對(duì)小鼠骨髓嗜多染紅細(xì)胞微核的影響Table 2  Influence of micro core of mice marrow polychromatic erythrocyte

組    別	劑量/g.kg-1 雌/雄	動(dòng)物數(shù) 雌/雄	PCE/RBC 雌/雄	微核細(xì)胞數(shù) 雌/雄	微核細(xì)胞率/‰ 雌/雄	P
陰性對(duì)照 樣    品     陽(yáng)性對(duì)照	20ml雙蒸水/kg 1.25/1.25 2.50/2.50 5.00/5.00 0.04	5/5 5/5 5/5 5/5 5/5	0.94／0.94 0.92／0.94 0.96／0.93 0.94／0.95 0.75／0.74	7/7 7/6 6/5 7/6 209/210	1.4±0.5/1.4±0.9 1.4±0.5/1.2±0.8 1.2±0.4/1.0±0.7 1.4±0.5/1.2±0.4 41.8±5.1/42.0±6.7	均>0.05 均>0.05 均>0.05 均<0.01

注：表中P代表樣品微核細(xì)胞率與陰性對(duì)照的顯著性水平指標(biāo)。當(dāng)P＞0.05時(shí)，無(wú)顯著性差異，當(dāng)P＜0.01時(shí)，有顯著性差異。

        從表2可以看出，樣品劑量從1.25、2.50到5.00g/kg體重，各樣品受試組的具微核嗜多染紅細(xì)胞率與陰性對(duì)照值相比，均無(wú)顯著差異，也無(wú)劑量—反應(yīng)關(guān)系，陽(yáng)性對(duì)照值與陰性對(duì)照值相比則有極顯著差異。各組動(dòng)物的PCE/RBC比率均大于0.1，表明骨髓紅細(xì)胞系統(tǒng)的紅細(xì)胞增值并無(wú)明顯受抑，對(duì)嗜多染紅細(xì)胞的觀察無(wú)明顯影響。說(shuō)明樣品對(duì)小鼠骨髓嗜多染紅細(xì)胞無(wú)誘發(fā)微核作用，故無(wú)體內(nèi)遺傳毒性。

2.2.3蓄積毒性

        由表3知，給藥20天后，小鼠死亡數(shù)仍未過(guò)半數(shù)，此時(shí)20天累積總劑量已達(dá)到LD50的5.24倍，由此可以斷定LD50（n）＞5.24 LD50，即蓄積系數(shù) ＞5。根據(jù)文獻(xiàn)[1]蓄積毒性強(qiáng)度分級(jí)規(guī)定*，當(dāng) K≥5時(shí)，受試物即為弱蓄積性。
表3   小鼠蓄積毒性試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Experimental result of cumulative toxicity in mice

 

2.3 ClO2濃度及作用時(shí)間對(duì)消毒能力的影響

2.3.1對(duì)細(xì)菌繁殖體及細(xì)菌芽孢的殺滅效果

         從圖3、圖4可以看出，含 ClO₂ 80 mg/l的消毒液作用1min對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌殺滅率就可以達(dá) 99.95%以上，分別在 3min、5min對(duì)這兩種細(xì)菌的殺滅率達(dá)到100%。含ClO₂ 40mg/l的消毒液分別在5min和7min對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌殺滅率達(dá)99.93%以上。含ClO₂ 20mg/l的消毒液在11min對(duì)大腸桿菌殺滅率達(dá)到99.99%，在試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)對(duì)金黃色葡萄球菌殺滅率只達(dá)到99.86%.

 

         圖5是三種濃度對(duì)枯草桿菌黑色變種芽胞試驗(yàn)結(jié)果，圖中曲線表明： 400 mg/l的ClO₂消毒液的作用30min對(duì)枯草桿菌黑色變種芽胞殺滅率可達(dá)99.96%，作用60min殺滅率可達(dá)100%。而800mg/l ClO₂消毒液作用30min殺滅率即可達(dá)到100%。200 mg/l的ClO₂消毒液在觀察時(shí)間內(nèi)對(duì)枯草桿菌黑色變種芽胞殺滅率未達(dá)到99.9%。

 

2.3.2 對(duì)乙肝表面抗原（HBsAg）的破壞效果

        從圖6可以看出，含ClO₂ 600mg/l的消毒液作用10min，含ClO₂ 300mg/l的消毒液作用20min，此時(shí)，S/N值分別為1.50、1.11 均小于2.1，據(jù)此可以判定這兩種濃度的消毒液在上述作用時(shí)間內(nèi)對(duì)均能破壞乙肝表面抗原（HBsAg）抗原性。150 mg/l的ClO₂消毒液在觀察時(shí)間內(nèi)S/N未達(dá)到2.1以下。

3 結(jié)束語(yǔ)

        研究表明，三組分一元包裝ClO₂消毒粉劑具有較好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，在54±1℃放置14天，ClO₂的下降率僅為4.35%；在100mg/L濃度活化時(shí)，0.5min活化得率即可達(dá)到95%以上，活化pH值為4.84，這說(shuō)明消毒劑可以在低酸度低濃度條件下快速、高效活化。

        該藥劑對(duì)雌雄小鼠的經(jīng)口LD50值均大于21.5g/kg，屬于實(shí)際無(wú)毒級(jí)；累積劑量達(dá)到5.24LD50后，動(dòng)物死亡率仍未過(guò)半數(shù)（蓄積系數(shù)K>5），為弱蓄積性；劑量達(dá)5.00 g/kg，未檢出對(duì)雌雄小鼠的骨髓嗜多染紅細(xì)胞的誘變活性，無(wú)體內(nèi)遺傳毒性。

        含ClO₂ 80mg/l消毒液作用5～7分鐘對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的殺滅率可達(dá) 100%； 含ClO₂ 400mg/l作用60min對(duì)枯草桿菌黑色變種芽胞的殺滅率為100%。含ClO₂300mg/l時(shí)，作用20min可有效破壞乙肝表面抗原（HBsAg）的抗原性。