RU2470051C1 - Heterogeneous sensitising agent and method for photodecontamination of water from viral contamination - Google Patents

Heterogeneous sensitising agent and method for photodecontamination of water from viral contamination Download PDF

Info

Publication number
RU2470051C1
RU2470051C1 RU2011127519/05A RU2011127519A RU2470051C1 RU 2470051 C1 RU2470051 C1 RU 2470051C1 RU 2011127519/05 A RU2011127519/05 A RU 2011127519/05A RU 2011127519 A RU2011127519 A RU 2011127519A RU 2470051 C1 RU2470051 C1 RU 2470051C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heterogeneous
water
sensitizer
concentration
poliovirus
Prior art date
Application number
RU2011127519/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Нина Александровна Кузнецова
Ольга Алексеевна Южакова
Владимир Михайлович Негримовский
Олег Леонидович Калия
Александр Евгеньевич Недачин
Раиса Александровна Дмитриева
Татьяна Васильевна Доскина
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр "Научно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителей" (ФГУП "ГНЦ "НИОПИК")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр "Научно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителей" (ФГУП "ГНЦ "НИОПИК") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр "Научно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителей" (ФГУП "ГНЦ "НИОПИК")
Priority to RU2011127519/05A priority Critical patent/RU2470051C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2470051C1 publication Critical patent/RU2470051C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to chemistry and chemical engineering, and particularly to novel heterogeneous sensitising agents which are modified silica gels, and use thereof for photodecontamination of water from viral contamination. Disclosed is a heterogeneous sensitising agent of formula:
Figure 00000004
, where: X=Cl(OH). A method of treating water using said heterogeneous sensitising agent is also provided.
EFFECT: method provides efficient treatment of water from viral contamination.
2 cl, 1 dwg, 4 tbl, 3 ex

Description

Настоящее изобретение относится к химии и химической технологии, а именно к синтезу модифицированных силикагелей, содержащих ковалентно связанные с ним молекулы замещенных фталоцианинов, а также к применению этих силикагелей для фотообеззараживания воды от вирусного загрязнения.The present invention relates to chemistry and chemical technology, namely to the synthesis of modified silica gels containing covalently linked substituted phthalocyanine molecules, as well as to the use of these silica gels for photo-disinfection of water from viral contamination.

Обеспечение населения доброкачественной питьевой водой является одной из важнейших проблем не только в России, но и во всем мире. Сброс в водоемы недостаточно очищенных и обеззараженных сточных вод привел к повсеместному увеличению химического и микробного загрязнения поверхностных и подземных водоисточников. Особую опасность представляет вирусное загрязнение воды в связи с тем, что используемые в настоящее время способы очистки воды недостаточно эффективны в отношении вирусов, а заражающие дозы вирусов чрезвычайно малы (единицы и десятки вирионов). В настоящее время известно более 150 патогенных для человека различных видов вирусов, циркулирующих в водоемах.Providing the population with benign drinking water is one of the most important problems not only in Russia, but throughout the world. Discharge of insufficiently treated and disinfected wastewater into water bodies has led to a widespread increase in chemical and microbial pollution of surface and underground water sources. Of particular danger is viral water pollution due to the fact that the currently used water purification methods are not effective against viruses, and the infecting doses of viruses are extremely small (units and tens of virions). Currently, more than 150 pathogens for humans of various types of viruses circulating in water are known.

Из существующих на сегодняшний день методов обеззараживания воды по-прежнему наиболее широко используются соединения хлора (жидкий хлор, хлорная известь, гипохлорит кальция и др.). После обработки соединениями хлора вода по индикаторным бактериям является стандартной, но может содержать вирусы. Кроме того, в воде с высоким содержанием органических веществ природного и техногенного происхождения образуются токсичные для человека хлорорганические соединения - тригалометаны, обладающие канцерогенным и мутагенным эффектом. В то же время содержание в воде повышенных доз хлора и его производных приводит к нарушению биоценоза в водоемах.Of the current methods of water disinfection, chlorine compounds (liquid chlorine, bleach, calcium hypochlorite, etc.) are still the most widely used. After treatment with chlorine compounds, water for indicator bacteria is standard, but may contain viruses. In addition, organochlorine compounds, trihalomethanes, which are carcinogenic and mutagenic, toxic to humans, are formed in water with a high content of organic substances of natural and technogenic origin. At the same time, the content in water of increased doses of chlorine and its derivatives leads to a violation of the biocenosis in water bodies.

В связи с вышеизложенным, поиск и внедрение новых эффективных и безопасных технологических решений для очистки и обеззараживания воды в отношении вирусного загрязнения является одной из важнейших проблем. В качестве одного из перспективных методов очистки воды является использование фотодинамического эффекта различных сенсибилизаторов.In connection with the foregoing, the search and implementation of new effective and safe technological solutions for the purification and disinfection of water against viral contamination is one of the most important problems. As one of the promising methods of water purification is the use of the photodynamic effect of various sensitizers.

Известны катионные фталоцианины, представляющие собой поли(триалкиламмониометил)замещенные фталоцианина цинка и алюминия, являющиеся сенсибилизаторами образования синглетного кислорода под действием видимого света, а также способ фотообеззараживания воды с использованием этих фталоцианинов [патент РФ №2281953, кл. С02F 1/30, 2006]. Положительный заряд катионных групп обеспечивает взаимодействие этих сенсибилизаторов с отрицательно заряженными внешними мембранами микроорганизмов, проникновение в них и эффективную фотодинамическую инактивацию. Несмотря на высокую эффективность, этот метод имеет существенный недостаток, который заключается в необходимости последующего удаления красителя из раствора. Эта операция осуществляется с помощью специально разработанных селективных фильтров, что существенно усложняет и удорожает процесс и, тем не менее, не гарантирует во всех случаях полного удаления сенсибилизатора и продуктов его фотодеградации из раствора.Known cationic phthalocyanines, which are poly (trialkylammoniomethyl) substituted phthalocyanines of zinc and aluminum, which are sensitizers of the formation of singlet oxygen under the influence of visible light, as well as a method of photo-disinfection of water using these phthalocyanines [RF patent No. 2281953, cl. C02F 1/30, 2006]. A positive charge of cationic groups ensures the interaction of these sensitizers with negatively charged external membranes of microorganisms, their penetration and effective photodynamic inactivation. Despite the high efficiency, this method has a significant drawback, which consists in the need for subsequent removal of the dye from the solution. This operation is carried out using specially designed selective filters, which significantly complicates and increases the cost of the process and, nevertheless, does not guarantee in all cases the complete removal of the sensitizer and its photodegradation products from the solution.

Этого недостатка лишены гетерогенные (твердофазные) сенсибилизаторы образования синглетного кислорода. Твердофазные сенсибилизаторы могут быть легко отделены от воды после фотовоздействия простым фильтрованием.Heterogeneous (solid-phase) sensitizers of the formation of singlet oxygen are deprived of this drawback. Solid-phase sensitizers can be easily separated from water after photo exposure by simple filtration.

Известны гетерогенные сенсибилизаторы для инактивации микроорганизмов, полученные адсорбцией красителей со светоустойчивостью от 4 до 8 баллов на инертный носитель [A.Yoshino, I.Iwami. US Patent N 4520072]. Однако адсорбированный краситель может десорбироваться и переходить в водный раствор, тем самым вызывая его химическое загрязнение.Known heterogeneous sensitizers for the inactivation of microorganisms obtained by adsorption of dyes with light fastness from 4 to 8 points on an inert carrier [A. Yoshino, I. Iwami. US Patent N 4520072]. However, the adsorbed dye can be desorbed and transferred to an aqueous solution, thereby causing chemical contamination.

Известны гетерогенные сенсибилизаторы для инактивации микроорганизмов, полученные химической пришивкой тетрафенилпорфиринов сурьмы и фосфора к гранулам силикагеля [Н.Yokoi, Т.Shiragami, J.Hirose, T.Kawauchi, K.Hinoue, Y.Fueda, K.Nobuhara, I.Akazaki, M.Yasuda. World J.Microbial. Biotechnol. 2003, 19, 559; Y.Fueda, Н.Suzuki, Y.Komiya, Y.Asakura, T.Shiragami, J.Matsumoto, Н.Yokoi, M.Yasuda. Bull. Chem. Soc. Jpn. 2006, 79, N9, 1420-1425]. Однако соединения сурьмы нежелательно вносить в окружающую среду из-за их потенциальной токсичности.Heterogeneous sensitizers are known for inactivating microorganisms obtained by chemical sewing of antimony and phosphorus tetraphenylporphyrins onto silica gel granules [N. Yokoi, T. Siragami, J. Hirose, T. Kawauchi, K. Hinoue, Y. Fueda, K. Nobuhara, I. Akazaki, M.Yasuda. World J. Microbial. Biotechnol. 2003, 19, 559; Y. Fueda, H. Suzuki, Y. Komiya, Y. Asakura, T. Shiragami, J. Matsumoto, H. Yokoi, M. Yasuda. Bull. Chem. Soc. Jpn. 2006, 79, N9, 1420-1425]. However, antimony compounds are undesirable to be introduced into the environment due to their potential toxicity.

Задача изобретения - синтез гетерогенного сенсибилизатора, содержащего в качестве активной фазы ковалентно связанный с носителем замещенный фталоцианин, а также разработка способа фотообеззараживания воды от вирусного загрязнения с применением полученного сенсибилизатора.The objective of the invention is the synthesis of a heterogeneous sensitizer containing, as an active phase, a substituted phthalocyanine covalently bound to a carrier, as well as the development of a method for photo-disinfection of water from viral contamination using the obtained sensitizer.

Поставленная задача решается путем синтеза гетерогенного сенсибилизатора, который можно представить следующей формулой:The problem is solved by synthesis of a heterogeneous sensitizer, which can be represented by the following formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

Где Х=Сl(ОН)Where X = Cl (OH)

Получают этот сенсибилизатор химической прививкой тетракис [бис (хлорметил)фенилтио]фталоцианина алюминия к аминопропилированному силикагелю и последующей обработкой полученного продукта диметиламиноэтанолом:This sensitizer is obtained by chemical grafting of tetrakis [bis (chloromethyl) phenylthio] phthalocyanine aluminum to aminopropylated silica gel and subsequent processing of the obtained product with dimethylaminoethanol:

…-Si-O(CH2)3NH2+Al(Cl)Pc(SPh)4(CH2Cl)8... -Si-O (CH 2 ) 3 NH 2 + Al (Cl) Pc (SPh) 4 (CH 2 Cl) 8

→…-Si-O(CH2)3NHCH2-[Al(Cl)Pc(SPh)4(CH2Cl)7]→→ ... -Si-O (CH 2 ) 3 NHCH 2 - [Al (Cl) Pc (SPh) 4 (CH 2 Cl) 7 ] →

→…-Si-O(CH2)3NHCH2-{Al(X)Pc(SPh)4[CH2N+(СН3)2С2Н4OН]7}Cl7- → ... -Si-O (CH 2 ) 3 NHCH 2 - {Al (X) Pc (SPh) 4 [CH 2 N + (CH 3 ) 2 C 2 H 4 OH] 7 } Cl 7 -

где Х=Сl или ОН.where X = Cl or OH.

Гетерогенный сенсибилизатор, содержащий в качестве активной фазы тетракис[бис(холинил)фенилтио]фталоцианин алюминия, поглощает свет с длиной волны в областях от 300 до 450 нм и от 600 до 800 нм. Тиофенильные заместители в положении 3 находятся вне плоскости фталоцианинового макрокольца и препятствуют сближению молекул и образованию неактивных π-π димеров и агрегатов, что положительно сказывается на их антимикробной активности. Алюминиевые комплексы отличаются высокой фотостабильностью, что в отличие, например, от цинковых и титанильных комплексов позволяет их использовать в нескольких циклах фотодинамической обработки воды. Значительный положительный заряд молекулы фталоцианина обеспечивает хорошую адсорбцию отрицательно заряженных вирусов на силикагеле и их инактивацию под действием генерируемых при облучении активных форм кислорода.A heterogeneous sensitizer containing tetrakis [bis (cholinyl) phenylthio] phthalocyanine aluminum as an active phase absorbs light with a wavelength in the regions from 300 to 450 nm and from 600 to 800 nm. Thiophenyl substituents in position 3 are located outside the plane of the phthalocyanine macro ring and prevent the approach of molecules and the formation of inactive π-π dimers and aggregates, which positively affects their antimicrobial activity. Aluminum complexes are highly photo-stable, which, unlike, for example, zinc and titanyl complexes, allows them to be used in several cycles of photodynamic water treatment. A significant positive charge of the phthalocyanine molecule ensures good adsorption of negatively charged viruses on silica gel and their inactivation under the action of reactive oxygen species generated by irradiation.

На Фиг.1 представлен электронный спектр поглощения суспензии предлагаемого сенсибилизатора в глицерине.Figure 1 presents the electronic absorption spectrum of a suspension of the proposed sensitizer in glycerol.

Поставленная задача достигается также разработкой способа фотообеззараживания воды от вирусного загрязнения с применением вышеописанного гетерогенного сенсибилизатора и излучения видимого диапазона в присутствии кислорода.The task is also achieved by the development of a method of photo-disinfection of water from viral contamination using the above-described heterogeneous sensitizer and visible radiation in the presence of oxygen.

Использованный для синтеза (тетракисфенилтио)фталоцианин алюминия получен, как описано в работе [Деркачева В.М., Лукьянец Е.А. // Журн. общ. Химии. 1980. Т.50. С.2313-2318]. Его хлорметилирование до тетракис[бис (хлорметил) фенилтио]фталоцианина алюминия проводили по известным методикам, приведенным, например, в патенте РФ №2405785 от 10.13.2010 г.Aluminum phthalocyanine used for the synthesis of (tetrakisphenylthio) was obtained as described in [Derkacheva V.M., Lukyanets E.A. // Journal. total Chemistry. 1980.V.50. S.2313-2318]. Its chloromethylation to tetrakis [bis (chloromethyl) phenylthio] phthalocyanine aluminum was carried out according to known methods described, for example, in RF patent No. 2405785 dated 10.13.2010.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется нижеприведенными примерами.The invention is illustrated by the following examples.

Пример 1Example 1

Синтез гетерогенного сенсибилизатораSynthesis of a heterogeneous sensitizer

Для химической прививки к аминопропилированному силикагелю взят тетракис [бис(хлорметил)фенилтио] фталоцианин алюминия Al(Cl)Pc(SPh)4(CH2Cl)8 (найдено %: Сl 20.02; вычислено %: Сl 20.59). Доказательством положения хлорметильных групп в фенильных кольцах служит сдвиг сигнала протонов в спектре 1Н ЯМР (5,0 м.д.), отличающийся от сдвига протонов СН2Сl групп, непосредственно связанных с фталоцианиновым кольцом (5,5-5,8 м.д.).For chemical inoculation with aminopropylated silica gel, aluminum tetrakis [bis (chloromethyl) phenylthio] phthalocyanine Al (Cl) Pc (SPh) 4 (CH 2 Cl) 8 was found (found%: Cl 20.02; calculated%: Cl 20.59). The proof of the position of chloromethyl groups in phenyl rings is the proton signal shift in the 1H NMR spectrum (5.0 ppm), which differs from the proton shift of the CH 2 Cl groups directly associated with the phthalocyanine ring (5.5-5.8 ppm) .).

К 5·10-6 моль Al(Cl)Pc(SPh)4(CH2Cl)8 добавляют 20 мл диметилформамида и после растворения красителя 1 г промытого водой и высушенного при 100°С аминопропилированного силикагеля. Смесь перемешивают при нагревании и температуре 80-85°С в течение 1-2 часов до обесцвечивания раствора, затем добавляют 5·10-3 моля N,N-диметиламиноэтанола и нагревание продолжают еще в течение часа. Продукт отфильтровывают, промывают водой, затем сушат при температуре 100-105°С.To 5 · 10 -6 mol Al (Cl) Pc (SPh) 4 (CH 2 Cl) 8 add 20 ml of dimethylformamide and after dissolving the dye 1 g washed with water and dried at 100 ° C aminopropylated silica gel. The mixture is stirred under heating and a temperature of 80-85 ° C for 1-2 hours until the solution discolors, then 5 · 10 -3 mol of N, N-dimethylaminoethanol is added and heating is continued for another hour. The product is filtered off, washed with water, then dried at a temperature of 100-105 ° C.

Электронный спектр поглощения суспензии гетерогенного сенсибилизатора в глицерине (4 г/л) указывает на преимущественно мономерное состояние активной фазы (хорошо разрешенный спектр с выраженной полосой поглощения Q при 715 нм и колебательным спутником при 650 нм, Фиг.1). Это должно обеспечить эффективную сенсибилизацию цитотоксических активных форм кислорода.The electronic absorption spectrum of a suspension of a heterogeneous sensitizer in glycerol (4 g / l) indicates a predominantly monomeric state of the active phase (a well-resolved spectrum with a pronounced absorption band Q at 715 nm and an vibrational satellite at 650 nm, FIG. 1). This should provide effective sensitization of cytotoxic reactive oxygen species.

Пример 2Example 2

Определение активности гетерогенного сенсибилизатора, полученного по примеру 1, в фотоинактивации полиовируса в воде.Determination of the activity of the heterogeneous sensitizer obtained in Example 1 in the photoinactivation of poliovirus in water.

Экспериментальные исследования проводились в модельных водоемах, приготовленных с использованием фильтрованной автоклавированной водопроводной воды, в которую вносили гетерогенный сенсибилизатор в концентрации 4 г/л и полиовирус в концентрации n·104 ЦПД50/мл. После интенсивного перемешивания одна часть водоемов подвергалась освечиванию в течение 30, 60, 90 и 120 минут, а другая оставлялась в темноте в контакте с гетерогенным сенсибилизатором на это же время без освечивания и барботирования. Температура воды при освечивании проб составляла 20-24°С.Experimental studies were carried out in model reservoirs prepared using filtered autoclaved tap water, into which a heterogeneous sensitizer was added at a concentration of 4 g / l and poliovirus at a concentration of n · 10 4 CPD 50 / ml . After vigorous stirring, one part of the ponds was illuminated for 30, 60, 90, and 120 minutes, while the other remained in the dark in contact with a heterogeneous sensitizer for the same time without being illuminated and sparged. The temperature of the water when illuminating the samples was 20-24 ° C.

Исследовались следующие фракции.The following fractions were investigated.

1) Суспензия - 10 мл смеси надосадочной жидкости и гетерогенного сенсибилизатора.1) Suspension - 10 ml of a mixture of supernatant and heterogeneous sensitizer.

2) Надосадочная жидкость в объеме 10 мл отбиралась после отстаивания в течение 5 минут для осаждения сенсибилизатора. Далее проба подвергалась антибактериальной обработке и использовалась для заражения клеточных культур.2) The supernatant in a volume of 10 ml was taken after settling for 5 minutes to precipitate the sensitizer. Next, the sample was subjected to antibacterial treatment and was used to infect cell cultures.

3) Осадок. После отбора надосадочной жидкости и удаления ее остатков проводилась десорбция полиовируса с осадка при помощи 10 мл 3% раствора бифэкстракта с рН 9,1. Этот десорбент используется в вирусологических исследованиях для десорбции вирусов с различных адсорбентов в процессе концентрирования вирусов. Осадок с десорбентом тщательно встряхивали и отстаивали в течение 5 минут для осаждения сенсибилизатора. Затем надосадочную жидкость собирали и проводили корректировку рН до 7,0. Далее проба подвергалась антибактериальной обработке и использовалась для заражения клеточных культур.3) Sediment. After selection of the supernatant and removal of its residues, desorption of the poliovirus from the sediment was carried out using 10 ml of a 3% bifextract solution with a pH of 9.1. This desorbent is used in virological studies for desorption of viruses from various adsorbents in the process of concentration of viruses. The precipitate with desorbent was thoroughly shaken and sedimented for 5 minutes to precipitate a sensitizer. Then the supernatant was collected and the pH was adjusted to 7.0. Next, the sample was subjected to antibacterial treatment and was used to infect cell cultures.

Необходимость проведения десорбции была обусловлена следующим: во-первых, полиовирус, имея отрицательный заряд, должен сорбироваться на положительно заряженном гетерогенном сенсибилизаторе; во-вторых, использование непосредственно твердого осадка при титровании вируса на культуре клеток практически не представляется возможным.The need for desorption was due to the following: first, the poliovirus, having a negative charge, must be adsorbed on a positively charged heterogeneous sensitizer; secondly, the use of directly solid sediment in titration of the virus in cell culture is practically not possible.

Полученными пробами после антимикробной обработки заражали пробирки с монослоем клеток BGM. Наблюдение за появлением ЦПЭ проводилось в течение 2-х недель. Все отрицательные пробы исследовались во втором пассаже для подтверждения отсутствия вирусов, и затем проводился расчет титра вируса в пробе по методу Рида и Менка.The obtained samples after antimicrobial treatment were infected tubes with a monolayer of BGM cells. The appearance of CPE was monitored for 2 weeks. All negative samples were examined in the second passage to confirm the absence of viruses, and then the titer of the virus in the sample was calculated by the method of Reed and Menck.

Данные об условиях и результатах фотообеззараживания полиовируса в пробе суспензии (10 мл смеси надосадочной жидкости и гетерогенного сенсибилизатора) приведены в таблице 1.Data on the conditions and results of photo-disinfection of poliovirus in a suspension sample (10 ml of a mixture of supernatant and heterogeneous sensitizer) are shown in table 1.

Таблица 1.Table 1. Данные по фотообеззараживанию полиовируса в суспензии в присутствии гетерогенного сенсибилизатораData on photo-disinfection of poliovirus in suspension in the presence of a heterogeneous sensitizer ПробаTry Время освечивания, минBleeding time, min Концентрация полиовируса в ЦПД50/мл The concentration of poliovirus in the CPD 50 / ml Инактивация %Inactivation% Исходная (до обработки)Original (before processing) -- 2,6·104 2.6 · 10 4 После освечиваниияAfter consecration 30thirty 3,3·102 3.310 2 98,7398.73 6060 1,0·102 1,0 · 10 2 99,6299.62 9090 6,56.5 99,9799.97 120120 1,051.05 99,9999,99

Данные таблицы 1 свидетельствуют о наличии высокого (4 порядка) снижения концентрации полиовируса при фотодинамической обработке воды с использованием предлагаемого гетерогенного сенсибилизатора.The data in table 1 indicate the presence of a high (4 order) decrease in the concentration of poliovirus during photodynamic treatment of water using the proposed heterogeneous sensitizer.

Динамика изменения концентрации полиовируса в надосадочной жидкости и в осадке (десорбент с рН 9,1) в присутствии предлагаемого гетерогенного сенсибилизатора без освечивания представлена в таблице 2.The dynamics of the concentration of poliovirus in the supernatant and in the sediment (desorbent with a pH of 9.1) in the presence of the proposed heterogeneous sensitizer without coverage is presented in table 2.

Как видно из таблицы 2, полиовирус через 30 мин контакта с частицами гетерогенного сенсибилизатора большей частью адсорбируется на нем, концентрация полиовируса в надосадочной жидкости на три порядка ниже. Далее установившееся равновесие мало зависит от времени контакта (30-90 минут).As can be seen from table 2, the poliovirus after 30 minutes of contact with the particles of the heterogeneous sensitizer is mostly adsorbed on it, the concentration of poliovirus in the supernatant is three orders of magnitude lower. Further, the established equilibrium depends little on the contact time (30-90 minutes).

Таблица 2.Table 2. Изменение концентрации полиовируса в надосадочной жидкости и в осадке (десорбент с рН 9,1) в присутствии гетерогенного сенсибилизатора без освечивания и барботированияChange in poliovirus concentration in the supernatant and sediment (desorbent with a pH of 9.1) in the presence of a heterogeneous sensitizer without bleaching and sparging ПробаTry Время контакта, минContact time, min Концентрация полиовируса log в ЦДД50/мл во фракцияхThe concentration of poliovirus log in CDD 50 / ml in fractions Надосадочная жидкостьSupernatant ОсадокSediment После темнового контакта с сенсибилизаторомAfter dark contact with the sensitizer 30thirty 0,550.55 3,843.84 6060 0,840.84 3,553,55 9090 0,840.84 3,473.47 Исходная до введения сенсибилизатораInitial before the introduction of the sensitizer 4,474.47

В следующей серии исследований проводилось изучение фотообеззараживающего эффекта гетерогенного сенсибилизатора в отношении вирусов в тех же условиях при освечивании и барботировании. Результаты исследований представлены в таблице 3.In the next series of studies, the photo-disinfecting effect of the heterogeneous sensitizer against viruses was studied under the same conditions during illumination and sparging. The research results are presented in table 3.

Как видно из табл.3, с увеличением времени освечивания концентрация полиовируса как в надосадочной жидкости, так и в осадке последовательно снижается, и через 120 мин облучения вирус не обнаруживается в обеих фракциях. Эти результаты свидетельствуют о том, что снижение концентрации вируса в воде в условиях облучения связано не только с адсорбцией на частицах гетерогенного сенсибилизатора, но и с его фотоинактивацией в фотодинамическом процессе.As can be seen from Table 3, with an increase in the coverage time, the concentration of poliovirus in both the supernatant and sediment gradually decreases, and after 120 minutes of irradiation, the virus is not detected in both fractions. These results indicate that a decrease in the concentration of the virus in water under irradiation conditions is associated not only with adsorption on the particles of a heterogeneous sensitizer, but also with its photoinactivation in the photodynamic process.

Таким образом, можно отметить два фактора, за счет которых происходит снижение концентрации полиовируса в водоеме:Thus, two factors can be noted, due to which there is a decrease in the concentration of poliovirus in a pond:

1) адсорбция полиовируса на частицах гетерогенного сенсибилизатора;1) adsorption of poliovirus on particles of a heterogeneous sensitizer;

2) фотоинактивация полиовируса гетерогенным сенсибилизатором за счет генерации активных форм кислорода его активной фазой - химически привитым фталоцианином.2) photoinactivation of poliovirus by a heterogeneous sensitizer due to the generation of reactive oxygen species by its active phase - chemically grafted phthalocyanine.

Таблица 3.Table 3. Изменение концентрации полиовируса в надосадочной жидкости и в осадке (десорбент с рН 9,1) в присутствии гетерогенного сенсибилизатора и при освечивании.Change in the concentration of poliovirus in the supernatant and in the sediment (desorbent with a pH of 9.1) in the presence of a heterogeneous sensitizer and during illumination. ПробаTry Время освечивания, минBleeding time, min Концентрация полиовируса в log ЦПД50/мл во фракцияхThe concentration of poliovirus in log CPD 50 / ml in fractions Надосадочная жидкостьSupernatant ОсадокSediment После освечивания с сенсибилизаторомAfter baking with a sensitizer 30thirty 0,420.42 2,472.47 6060 0,220.22 2,22.2 9090 00 1,21,2 120120 00 00 Исходная до введения сенсибилизатора и освечиванияInitial before the introduction of the sensitizer and bleaching 4,474.47

Пример 3Example 3

Определение активности гетерогенного сенсибилизатора, полученного по примеру 1, в фотоинактивации колифага в воде.Determination of the activity of the heterogeneous sensitizer obtained in example 1, in the photoinactivation of coliphage in water.

В экспериментах использовался колифаг MS2 (штамм ВКПМ РН 1505), который был получен из Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов ГУ НИИГенетика. Для выделения колифагов из исследуемых проб в качестве лизабельной культуры использовали штамм кишечной палочки ВКПМ В-3254, E.coli F+ К-12 KS 507, который был получен из Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов ГУ НИИ Генетика. Этот штамм позволяет выделять как дикие штаммы, циркулирующие в воде различных водоемов, так и модельный штамм MS-2. Колифаг на газоне суточной культуры E.coli через 24 часа образует литические пятна -бляшки (бляшкообразующие единицы). Концентрацию колифагов выражали в бляшкообразующих единицах (БОЕ). Исходная концентрация колифагов составляла n×104-n×105 БОЕ/мл. Время фотообеззараживания в экспериментах составляло 30, 60 и 90 минут. Исследование проб воды на наличие колифагов проводилось в соответствии с документом МУК 4.2.1018-01 «Санитарно-микробиологический анализ питьевой воды» с использованием двух методов: метода прямого посева и метода подращивания.In the experiments, the MS2 coliphage (VKPM strain RN 1505 strain) was used, which was obtained from the All-Russian collection of industrial microorganisms of the State Research Institute of Genetics. To isolate coliphages from the studied samples, the E. coli strain VKPM B-3254, E. coli F + K-12 KS 507, which was obtained from the All-Russian collection of industrial microorganisms of the Research Institute of Genetics, was used as a lysable culture. This strain makes it possible to isolate both wild strains circulating in water of various reservoirs, and the model strain MS-2. The coliphage on the lawn of the daily culture of E. coli after 24 hours forms lytic plaque spots (plaque-forming units). The concentration of coliphages was expressed in plaque forming units (PFU). The initial concentration of coliphages was n × 10 4 -n × 10 5 PFU / ml. The photo-disinfection time in the experiments was 30, 60 and 90 minutes. The study of water samples for the presence of coliphages was carried out in accordance with the document MUK 4.2.1018-01 "Sanitary and microbiological analysis of drinking water" using two methods: the direct sowing method and the growing method.

Проведенные исследования показали, что после совместного пребывания фотосенсибилизатора и колифагов в водной суспензии в темноте - в течение 30 минут концентрация колифагов оставалась на прежнем уровне. Эти данные свидетельствуют о том, что предлагаемый гетерогенный сенсибилизатор в концентрации 4 г/л токсического действия в отношении колифагов не оказывает. При облучении видимым светом уровень колифагов снижался.Studies have shown that after a joint stay of the photosensitizer and coliphages in an aqueous suspension in the dark for 30 minutes, the concentration of coliphages remained at the same level. These data indicate that the proposed heterogeneous sensitizer at a concentration of 4 g / l toxic effect against coliphages does not. When exposed to visible light, the level of coliphages decreased.

Данные об условиях и результатах фотообеззараживания колифага в воде в присутствии гетерогенного фотосенсибилизатора приведены в таблице 4.Data on the conditions and results of photo-disinfection of coliphage in water in the presence of a heterogeneous photosensitizer are shown in table 4.

Таблица 4.Table 4. Данные по снижению концентрации колифага в присутствии гетерогенного сенсибилизатора (4 г/л) и при освечиванииData on the decrease in the concentration of coliphage in the presence of a heterogeneous sensitizer (4 g / l) and when illuminated Время освечивания, минBleeding time, min Надосадочная жидкостьSupernatant ОсадокSediment Колифаг в БОЕColiphage in PFU инактивация, %inactivation,% Колифаг в БОЕColiphage in PFU инактивация, %inactivation,% 30thirty 2828 99,8699.86 600600 9797 8080 99,6099.60 600600 9797 6060 0 БОЕ/мл0 PFU / ml 100one hundred 150150 99,2599.25 4 БОЕ/мл4 PFU / ml 99,9899.98 200 БОЕ/мл200 pfu / ml 99,099.0 9090 0 БОЕ/мл0 PFU / ml 100one hundred 1 БОЕ/мл1 PFU / ml 99,99599,995 0 БОЕ/мл0 PFU / ml 100one hundred 2 БОЕ/мл2 PFU / ml 99,9999,99 Исходный уровеньBaseline 20000 БОЕ/мл20,000 PFU / ml

Как видно из материалов таблицы 4, при исходной концентрации колифагов на уровне 20000 БОЕ/мл, после фотообеззараживания воды в течение 30 минут колифаги выделялись из 1,0 мл пробы на уровне 28-80 БОЕ/мл. Таким образом, фотообеззараживание сопровождалось интенсивным снижением концентрации колифагов в надосадочной жидкости на 3 порядка, при этом процент инактивации колифага составлял 99,6-99,86%.As can be seen from the materials of table 4, at an initial concentration of coliphages at a level of 20,000 PFU / ml, after photoinfection of water for 30 minutes, coliphages were isolated from 1.0 ml of a sample at a level of 28-80 PFU / ml. Thus, photo-disinfection was accompanied by an intensive decrease in the concentration of coliphages in the supernatant by 3 orders of magnitude, while the percentage of inactivation of coliphage was 99.6-99.86%.

При изучении осадка установлено, что концентрация колифагов в нем была на порядок выше, чем в водной фазе, и составляла 600 БОЕ/мл. Таким образом, освечивание пробы в течение 30 минут не достаточно для инактивации колифагов, а снижение уровня его концентрации в водной фазе происходит не только за счет фотообеззараживающего эффекта, но и за счет сорбции на частицах фотосенсибилизатора.When studying the sediment, it was found that the concentration of coliphages in it was an order of magnitude higher than in the aqueous phase, and amounted to 600 PFU / ml. Thus, sampling for 30 minutes is not sufficient to inactivate coliphages, and a decrease in its concentration in the aqueous phase occurs not only due to the photo-disinfecting effect, but also due to sorption on the photosensitizer particles.

При увеличении времени освечивания до 60 минут концентрация колифагов в водной фазе снижается еще на один порядок, достигая единичных бляшкообразующих единиц в 1 мл исследуемой воды (0-4 БОЕ/мл). Уровень инактивации при данных условиях эксперимента достигал 99,98-100%. При исследовании осадка было установлено, что концентрация колифагов в нем была на два порядка выше, чем в водной фазе пробы, и составляла 150-200 БОЕ/мл, уровень инактивации достигал 99,25-99%.With an increase in the flash time to 60 minutes, the concentration of coliphages in the aqueous phase decreases by another order of magnitude, reaching single plaque-forming units in 1 ml of the studied water (0-4 PFU / ml). The inactivation level under these experimental conditions reached 99.98-100%. When studying the sediment, it was found that the concentration of coliphages in it was two orders of magnitude higher than in the aqueous phase of the sample, and amounted to 150-200 PFU / ml, the inactivation level reached 99.25-99%.

При освечивании пробы в течение 90 минут из водной фазы пробы колифаг не высевался и уровень инактивации достигал 100%. При исследовании осадка высевались единичные колифаги, уровень инактивации при этом составлял 99,99-99,995%.When the sample was illuminated for 90 minutes, the coliphage was not sown from the aqueous phase of the sample and the inactivation level reached 100%. When studying the sediment, single coliphages were sown; the level of inactivation was 99.99-99.995%.

Полученные данные свидетельствуют о двухстадийном механизме очистки воды от колифага при использовании предлагаемого гетерогенного сенсибилизатора - сорбция и фотодинамическое обеззараживание сорбированного колифага.The data obtained indicate a two-stage mechanism for purifying water from the coliphage using the proposed heterogeneous sensitizer - sorption and photodynamic disinfection of the sorbed coliphage.

Таким образом, примеры 2 и 3 показывают, что гетерогенный сенсибилизатор, содержащий в качестве активной фазы тетракис[бис(холинил) фенилтио]фталоцианин алюминия, ковалентно пришитый к аминопропилированному силикагелю, является активным в фотоинактивации вирусного заражения водной среды. Полученные данные экспериментальных исследований показали, что очистка воды в отношении вирусов, заряженных отрицательно, при использовании предлагаемого гетерогенного сенсибилизатора связана с двухстадийным механизмом - сорбция и фотодинамическое обеззараживание сорбированного вируса. Это весьма перспективно по использованию его для очистки воды.Thus, examples 2 and 3 show that a heterogeneous sensitizer containing tetrakis [bis (cholinyl) phenylthio] phthalocyanine aluminum covalently attached to aminopropylated silica gel as an active phase is active in photoactivation of viral infection of the aqueous medium. The obtained experimental data showed that water purification against negatively charged viruses when using the proposed heterogeneous sensitizer is associated with a two-stage mechanism - sorption and photodynamic disinfection of the sorbed virus. It is very promising to use it for water treatment.

Claims (2)

1. Гетерогенный сенсибилизатор формулы
Figure 00000002

где Х - Сl(ОН).
1. A heterogeneous sensitizer of the formula
Figure 00000002

where X is Cl (OH).
2. Способ фотообеззараживания воды от вирусного загрязнения с использованием сенсибилизатора и излучения видимого диапазона в присутствии кислорода, отличающийся тем, что в качестве сенсибилизатора используют гетерогенный сенсибилизатор по п.1. 2. The method of photo-disinfection of water from viral contamination using a sensitizer and visible radiation in the presence of oxygen, characterized in that the heterogeneous sensitizer according to claim 1 is used as a sensitizer.
RU2011127519/05A 2011-07-06 2011-07-06 Heterogeneous sensitising agent and method for photodecontamination of water from viral contamination RU2470051C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011127519/05A RU2470051C1 (en) 2011-07-06 2011-07-06 Heterogeneous sensitising agent and method for photodecontamination of water from viral contamination

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011127519/05A RU2470051C1 (en) 2011-07-06 2011-07-06 Heterogeneous sensitising agent and method for photodecontamination of water from viral contamination

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2470051C1 true RU2470051C1 (en) 2012-12-20

Family

ID=49256531

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011127519/05A RU2470051C1 (en) 2011-07-06 2011-07-06 Heterogeneous sensitising agent and method for photodecontamination of water from viral contamination

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2470051C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997005203A1 (en) * 1995-07-25 1997-02-13 The Procter & Gamble Company Low hue photodisinfectants
RU2159612C2 (en) * 1993-08-27 2000-11-27 Министр обороны Объединенного королевства Великобритании и Северной Ирландии Photosensitizers
RU2235688C2 (en) * 2002-02-14 2004-09-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр "Научно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителей" Water photodisinfecting method
RU2281953C1 (en) * 2005-05-31 2006-08-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр "Научно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителей" (ФГУП "ГНЦ "НИОПИК") Quaternized phthalocyanines and method for photodisinfection of water
RU2375371C1 (en) * 2008-10-07 2009-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр "Научно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителей" (ФГУП "ГНЦ "НИОПИК") Sensitising agent and method of photodecontamination of water

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2159612C2 (en) * 1993-08-27 2000-11-27 Министр обороны Объединенного королевства Великобритании и Северной Ирландии Photosensitizers
WO1997005203A1 (en) * 1995-07-25 1997-02-13 The Procter & Gamble Company Low hue photodisinfectants
RU2235688C2 (en) * 2002-02-14 2004-09-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр "Научно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителей" Water photodisinfecting method
RU2281953C1 (en) * 2005-05-31 2006-08-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр "Научно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителей" (ФГУП "ГНЦ "НИОПИК") Quaternized phthalocyanines and method for photodisinfection of water
RU2375371C1 (en) * 2008-10-07 2009-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр "Научно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителей" (ФГУП "ГНЦ "НИОПИК") Sensitising agent and method of photodecontamination of water

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Oladoye et al. Methylene blue dye: Toxicity and potential elimination technology from wastewater
Vigneshwaran et al. Removal of chlorpyrifos, an insecticide using metal free heterogeneous graphitic carbon nitride (g-C3N4) incorporated chitosan as catalyst: Photocatalytic and adsorption studies
US20160168384A1 (en) Porphyrinoid components, method and apparatus for water photodisinfection
Jain et al. Removal of basic dyes from aqueous solution by low-cost adsorbent: Wood apple shell (Feronia acidissima)
Shen et al. A TiO 2 modified abiotic–biotic process for the degradation of the azo dye methyl orange
Albay et al. New dye sensitized photocatalysts: Copper (II)-phthalocyanine/TiO2 nanocomposite for water remediation
US6107480A (en) Metallated or unmetallated porphyrin derivatives having amphiphilic properties
Misstear et al. The inactivation of phages MS2, ΦX174 and PR772 using UV and solar photocatalysis
Akbari et al. Superior visible light-mediated catalytic activity of a novel N-doped, Fe3O4-incorporating MgO nanosheet in presence of PMS: Imidacloprid degradation and implications on simultaneous bacterial inactivation
US11603437B2 (en) Photodynamic cationic porphyrin composites
Rossi et al. The photodynamic inactivation of Staphylococcus aureus in water using visible light with a new expanded porphyrin
Debroy et al. DNA dyes: toxicity, remediation strategies and alternatives
CN101633525B (en) Method and equipment for inactivating cryptosporidium and giardia cysts in the water
RU2470051C1 (en) Heterogeneous sensitising agent and method for photodecontamination of water from viral contamination
WO1997029636A1 (en) Photosensitive composition
MXPA04003843A (en) A process for the microbiological decontamination of water by means of photosensitive agents.
RU2447027C1 (en) Heterogeneous sensitising agent and method for photodecontamination of water
RU2235688C2 (en) Water photodisinfecting method
RU2538261C2 (en) Heterogenic sensibiliser and method of water photoremediation
RU2471715C2 (en) Heterogeneous sensitisers and method of sewage water purification from aromatic amines and phenols
Smolinskáa et al. Effect of photoactive dye on bacteria contained in activated sludge
Sindelo et al. Photoinactivation of microorganisms and photodegradation of pollutants using phthalocyanines supported on nanofibers and glass wool
CN115109113B (en) Organic gel factor of cholesterol derivative and preparation method and application thereof
Kuznetsova et al. Effect of support pore size on antiviral activity of the heterogeneous photosensitizer with phthalocyanine covalently linked to aminopropyl silica gel
RU2520857C2 (en) Method of water disinfection and assessment of its efficiency

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180707