Отбеливатель — это общее название любого химического продукта, который используется в промышленности или в быту для удаления цвета (то есть отбеливания) с ткани или волокна (в процессе, называемом отбеливанием) или для дезинфекции после чистки. Часто это относится конкретно к разбавленному раствору гипохлорита натрия , также называемому «жидким отбеливателем».
Многие отбеливатели обладают широким спектром бактерицидных свойств, что делает их полезными для дезинфекции и стерилизации. Они используются в санитарии бассейнов для борьбы с бактериями, вирусами и водорослями, а также во многих местах, где требуются стерильные условия. Они также используются во многих промышленных процессах, в частности, при отбеливании древесной массы . Отбеливатели также имеют другие второстепенные применения, такие как удаление плесени , уничтожение сорняков и увеличение долговечности срезанных цветов . [1]
Отбеливатели работают, реагируя со многими цветными органическими соединениями, такими как натуральные пигменты, и превращая их в бесцветные. В то время как большинство отбеливателей являются окислителями (химическими веществами, которые могут удалять электроны из других молекул), некоторые являются восстановителями (которые отдают электроны).
Хлор , мощный окислитель, является активным веществом во многих бытовых отбеливателях. Поскольку чистый хлор является токсичным едким газом, эти продукты обычно содержат гипохлорит , который выделяет хлор. «Отбеливающий порошок» обычно относится к формуле, содержащей гипохлорит кальция . [ требуется цитата ]
Окислительные отбеливатели, не содержащие хлора, обычно основаны на перекисях , таких как перекись водорода , перкарбонат натрия и перборат натрия . Эти отбеливатели называются «отбеливатели без хлора», « кислородные отбеливатели » или «отбеливатели, безопасные для цвета». [2]
Восстанавливающие отбеливатели имеют узкоспециализированное применение, например, диоксид серы , который используется для отбеливания шерсти, либо в виде газа, либо в виде растворов дитионита натрия [ 3] и борогидрида натрия .
Отбеливатели обычно реагируют со многими другими органическими веществами, помимо предполагаемых цветных пигментов, поэтому они могут ослабить или повредить натуральные материалы, такие как волокна, ткани и кожу, а также намеренно нанесенные красители, такие как индиго джинсовой ткани . По той же причине проглатывание продуктов, вдыхание паров или контакт с кожей или глазами может привести к телесным повреждениям и нанести вред здоровью.
Самая ранняя форма отбеливания включала в себя раскладывание тканей и полотен на отбеливающем поле для отбеливания под воздействием солнца и воды . [ 4] [5] В 17 веке в Западной Европе существовала значительная индустрия отбеливания тканей, в которой использовались чередующиеся щелочные ванны (обычно щелок ) и кислотные ванны (например, молочная кислота из кислого молока, а позднее разбавленная серная кислота ). Весь процесс длился до шести месяцев. [4]
Отбеливатели на основе хлора, которые сократили этот процесс с месяцев до часов, были изобретены в Европе в конце 18 века. Шведский химик Карл Вильгельм Шееле открыл хлор в 1774 году, [4] а в 1785 году савойский ученый Клод Бертолле понял, что его можно использовать для отбеливания тканей. [4] Бертолле также открыл гипохлорит натрия , который стал первым коммерческим отбеливателем, названным Eau de Javel («жавельская вода») в честь местечка Жавель недалеко от Парижа, где он производился.
Шотландский химик и промышленник Чарльз Теннант предложил в 1798 году раствор гипохлорита кальция в качестве альтернативы воде Жавеля и запатентовал отбеливающий порошок (твердый гипохлорит кальция ) в 1799 году. [4] [6] Около 1820 года французский химик Антуан Жермен Лабаррак открыл дезинфицирующую и дезодорирующую способность гипохлоритов и сыграл важную роль в популяризации их использования для этой цели. [7] Его работа значительно улучшила медицинскую практику, общественное здравоохранение и санитарные условия в больницах, скотобойнях и всех отраслях промышленности, связанных с продуктами животного происхождения. [8]
Луи Жак Тенар впервые получил перекись водорода в 1818 году путем реакции перекиси бария с азотной кислотой . [9] Перекись водорода впервые была использована для отбеливания в 1882 году, но не стала коммерчески важной до 1930 года. [10] Перборат натрия в качестве отбеливателя для белья использовался в Европе с начала двадцатого века и стал популярен в Северной Америке в 1980-х годах. [11]
Цвета натуральных органических материалов обычно возникают из органических пигментов , таких как бета-каротин . Химические отбеливатели работают одним из двух способов:
Солнечный свет действует как отбеливатель через процесс, приводящий к похожим результатам: высокоэнергетические фотоны света, часто в фиолетовом или ультрафиолетовом диапазоне, могут нарушить связи в хромофоре, делая полученное вещество бесцветным. Длительное воздействие часто приводит к значительному обесцвечиванию, обычно уменьшая цвета до белого и, как правило, очень выцветшего синего. [14]
Эффективность широкого спектра действия большинства отбеливателей обусловлена их общей химической реактивностью против органических соединений, а не селективным ингибирующим или токсическим действием антибиотиков . Они необратимо денатурируют или разрушают многие белки , включая все прионы , что делает их чрезвычайно универсальными дезинфицирующими средствами.
Было также обнаружено, что гипохлоритные отбеливатели в низкой концентрации воздействуют на бактерии, взаимодействуя с белками теплового шока на их стенках. [15] Согласно отчету «Гигиена и здоровье дома» за 2013 год, [16] использование отбеливателя, будь то на основе хлора или перекиси, значительно повышает бактерицидную эффективность белья даже при низких температурах (30-40 градусов по Цельсию), что позволяет устранять вирусы, бактерии и грибки с различных видов одежды в домашних условиях. [17]
Большинство промышленных и бытовых отбеливателей относятся к трем основным классам:
Отбеливатели на основе хлора входят в состав многих бытовых «отбеливающих» продуктов, а также специализированных продуктов для больниц, общественного здравоохранения, хлорирования воды и промышленных процессов.
Степень отбеливателей на основе хлора часто выражается в процентах активного хлора . Один грамм 100% активного хлорного отбеливателя имеет ту же отбеливающую способность, что и один грамм элементарного хлора .
Наиболее распространенные отбеливатели на основе хлора:
Другими примерами отбеливателей на основе хлора, используемых в основном в качестве дезинфицирующих средств, являются монохлорамин , галазон и дихлоризоцианурат натрия . [19] [ проверка не пройдена ]
Отбеливатели на основе перекиси характеризуются химической группой перекиси , а именно двумя атомами кислорода, соединенными одинарной связью (–O–O–). Эта связь легко разрывается, что приводит к образованию очень реактивных форм кислорода, которые являются активными агентами этого типа отбеливателя.
Основными продуктами этого класса являются:
В пищевой промышленности другие окисляющие продукты, такие как броматы, используются в качестве отбеливателей и агентов созревания муки .
Дитионит натрия (также известный как гидросульфит натрия) является одним из важнейших восстановительных отбеливателей. Это белый кристаллический порошок со слабым сернистым запахом. Его можно получить путем реакции бисульфита натрия с цинком
Его используют в некоторых промышленных процессах крашения для устранения излишков красителя, остаточного оксида и нежелательных пигментов, а также для отбеливания древесной массы .
Реакция дитионита натрия с формальдегидом дает ронгалит ,
который используется при отбеливании древесной массы , хлопка , шерсти , кожи и глины . [25]
При обработке негативной пленки зерна галогенида серебра связываются с связующими веществами, которые при проявлении производят металлическое серебро и цветное изображение. Серебро «отбеливается» до растворимой формы в растворе железа ЭДТА, который затем растворяется в «фиксе», растворе тиосульфата натрия или аммония. Процедура та же самая, что и для обработки бумаги, за исключением того, что ЭДТА и тиосульфат смешиваются в «отбелителе».
При обработке Reversal остаточное серебро в эмульсии после первого проявления восстанавливается до растворимой соли серебра с помощью химического отбеливателя, чаще всего ЭДТА . Затем обычный фиксаж растворяет восстановленное серебро, но оставляет неэкспонированный галогенид серебра нетронутым. Затем этот неэкспонированный галогенид подвергается воздействию света или химической обработке, так что второе проявление дает позитивное изображение. В цветной и хромогенной пленке это также создает изображение красителя пропорционально серебру.
Фотографические отбеливатели также используются в черно-белой фотографии для выборочного снижения содержания серебра в негативах или отпечатках. В таких случаях отбеливающий состав обычно представляет собой кислотный раствор дихромата калия .
Отчет об оценке риска (RAR), проведенный Европейским союзом в отношении гипохлорита натрия в соответствии с Регламентом ЕЭС 793/93, пришел к выводу, что это вещество безопасно для окружающей среды при всех его текущих обычных применениях. [26] Это связано с его высокой реакционной способностью и нестабильностью. Исчезновение гипохлорита происходит практически немедленно в естественной водной среде, достигая за короткое время концентрации всего 10−22 мкг /л или менее во всех сценариях выбросов. Кроме того, было обнаружено, что, хотя летучие виды хлора могут быть актуальны в некоторых сценариях внутри помещений, они оказывают незначительное воздействие в условиях открытой окружающей среды. Кроме того, роль загрязнения гипохлоритом предполагается незначительной в почвах.
Промышленные отбеливатели могут быть источниками беспокойства. Например, использование элементарного хлора при отбеливании древесной массы приводит к образованию органохлоринов и стойких органических загрязнителей , включая диоксины . По данным одной промышленной группы, использование диоксида хлора в этих процессах снизило образование диоксинов до уровня, не поддающегося обнаружению. [27] Однако респираторный риск от хлора и высокотоксичных хлорированных побочных продуктов все еще существует.
Европейское исследование, проведенное в 2008 году, показало, что гипохлорит натрия и органические химикаты (например, поверхностно-активные вещества , ароматизаторы ), содержащиеся в нескольких бытовых чистящих средствах, могут реагировать с образованием хлорированных летучих органических соединений (ЛОС). [28] Эти хлорированные соединения выделяются во время уборки, некоторые из которых являются токсичными и вероятными канцерогенами для человека . Исследование показало, что концентрации в воздухе помещений значительно увеличиваются (в 8–52 раза для хлороформа и в 1–1170 раз для четыреххлористого углерода , соответственно, по сравнению с исходными количествами в домашнем хозяйстве) при использовании продуктов, содержащих отбеливатель. Увеличение концентраций хлорированных летучих органических соединений было самым низким для простого отбеливателя и самым высоким для продуктов в форме «густой жидкости и геля ».
Значительное увеличение, наблюдаемое в воздухе помещений концентраций нескольких хлорированных ЛОС (особенно тетрахлорметана и хлороформа), указывает на то, что использование отбеливателя может быть источником, который может быть важным с точки зрения вдыхания воздействия этих соединений. Хотя авторы предположили, что использование этих чистящих средств может значительно увеличить риск рака, [28] [29] этот вывод представляется гипотетическим:
Раствор гипохлорита натрия, 3–6%, (обычный бытовой отбеливатель) обычно разбавляют для безопасного использования при дезинфекции поверхностей и при обработке питьевой воды. [31] [32]
Слабый раствор 2% бытового отбеливателя в теплой воде обычно используют для дезинфекции гладких поверхностей перед варкой пива или вина. [ необходима цитата ]
Постановления правительства США (21 CFR 178, подраздел C) разрешают проводить дезинфекцию оборудования для обработки пищевых продуктов и поверхностей, контактирующих с пищевыми продуктами, растворами, содержащими отбеливатель, при условии, что раствору дадут достаточно стечь перед контактом с пищевыми продуктами, и что концентрация активного хлора в растворе не превышает 200 частей на миллион (ppm) (например, одна столовая ложка обычного бытового отбеливателя, содержащего 5,25% гипохлорита натрия, на галлон воды).
Раствор бытового отбеливателя в воде в пропорции 1 к 47 (1 часть отбеливателя на 47 частей воды: например, одна чайная ложка отбеливателя на стакан воды или 21 мл на литр, или 1/3 стакан отбеливателя на галлон воды) эффективен против многих бактерий и некоторых вирусов в домах. [33] Даже «научно-чистые» коммерчески производимые дезинфицирующие растворы, такие как Virocidin-X, обычно содержат гипохлорит натрия в качестве единственного активного ингредиента, хотя они также содержат поверхностно-активные вещества (для предотвращения образования капель) и ароматизаторы (для маскировки запаха отбеливателя). [34]
См. обсуждение механизма дезинфицирующего действия хлорноватистой кислоты .
Показано, что полоскание рта 0,05%-ным раствором бытового отбеливателя помогает при лечении гингивита . [35]
Безопасный для цвета отбеливатель представляет собой раствор с перекисью водорода в качестве активного ингредиента (для удаления пятен), а не гипохлоритом натрия или хлором. [36] Он также содержит химические вещества [ какие? ] , которые помогают сделать цвета ярче. [37] Хотя перекись водорода используется для стерилизации и очистки воды, ее способность дезинфицировать белье ограничена, поскольку концентрация перекиси водорода в средствах для стирки ниже, чем та, которая используется в других целях. [37]
Безопасность отбеливателей зависит от присутствующих соединений и их концентрации. [38] Как правило, проглатывание отбеливателей может вызвать повреждение пищевода и желудка , что может привести к смерти. При контакте с кожей или глазами он вызывает раздражение, высыхание и, возможно, ожоги. Вдыхание паров отбеливателя может вызвать легкое раздражение верхних дыхательных путей. [38] При использовании отбеливателя всегда следует использовать средства индивидуальной защиты .
Отбеливатель никогда не следует смешивать с уксусом или другими кислотами, так как это приведет к образованию высокотоксичного хлорного газа, который может вызвать серьезные внутренние и внешние ожоги. [39] [40] [41] [42] Смешивание отбеливателя с аммиаком также приводит к образованию хлораминового газа, который может вызвать ожоги легких. [39] [40] [42] Смешивание отбеливателя со спиртом или ацетоном дает хлороформ , [43] а смешивание с перекисью водорода приводит к экзотермической и потенциально взрывоопасной химической реакции, которая выделяет кислород . [44]
Miracle Mineral Supplement (MMS), также продвигаемый как «Master Mineral Solution» или «Chlorine Dioxide Solution» или CDS, [45] чтобы обойти ограничения онлайн-платформ розничной торговли, представляет собой отбеливающий раствор, который мошенническим образом продвигается как панацея с 2006 года. [46] Его основным действующим веществом является хлорит натрия , который «активируется» лимонной кислотой для образования диоксида хлора. Пытаясь обойти санитарные нормы, его изобретатель Джим Хамбл, бывший саентолог , основал Церковь здоровья и исцеления Genesis II , которая считает MMS своим таинством. [47] [48]
