三组份一元包装ClO2消毒粉剂的制备及性能研究
三组份一元包装ClO2消毒粉剂的制备及性能研究
三组分一元包装ClO2消毒粉剂是针对解决二元产品存在的活化得率低、活化酸度高以及需要高浓度活化等这些缺点而研制的新型固体消毒剂。该药剂主要由主剂、活化剂和活化促进剂组成。其中的活化促进剂具有活化增效作用，可以提高活化反应活性，减少固体酸的用量，使消毒剂能够在低酸度（PH=4～6），低浓度（ClO2 浓度100mg/l）条件下快速活化，从而减少ClO2 的挥发损耗和刺激性，获得95%以上活化得率。一种优良的消毒剂应该具有较强的消毒能力、较好的稳定性、较低的毒性及副作用。本文通过对三组分一元包装ClO2消毒粉剂的制备原理介绍以及对其稳定性、活化得率、毒理作用及杀菌能力的试验研究，以进一步的了解该新型消毒剂的特性和应用价值。
1 材料与试验方法
1.1三组分一元包装ClO2消毒粉剂的制备
（1）消毒剂的组成及作用原理
三组分一元包装ClO2消毒粉剂主要由主剂亚氯酸盐、有机酸和活化促进剂组成。其作用机理为：在活化剂的作用下，亚氯酸盐在水溶液中发生歧化反应释放出ClO2：
5ClO2- + 4H+ → 4ClO2 + Cl- + 2H2O (1)
通常该反应进行缓慢，需20～30min, 由式（1）知仅ClO2- →ClO2的转化率为80%。 加入活化促进剂(为氯的衍生物以R(Cl)2表示)后，活化促进剂首先在水中发生水解生成HClO, 生成的HClO与ClO2- 迅速反应生成ClO2：
R(Cl)2+ 2H2O → R(H)2 + 2HClO (2)
2ClO2- + ClO- + 2H+ → 2ClO2 + Cl-+ H2O (3)
实验表明，式(2)、(3)反应可在瞬间完成，由式（3）可以看出ClO2- →ClO2的理论转化率可达100%。本药剂的关键是在配方中引进了反应促进剂R(Cl)2。R(Cl)2是氯的衍生物，其在水中的溶解度（25℃）为2.1g/L, 在pH=5～7的范围内易水解，但在干燥的条件下很稳定，与亚氯酸盐和有机酸容易共存。利用这种特性，可以用它与其组分制成一体的消毒剂。
（2）消毒剂的制备方法
将充分干燥并脱水后的亚氯酸盐、有机酸和活化促进剂按一定比例在充干燥的环境中混合，加少量的惰性剂过碳酸盐，制成含有效ClO2 10%的固体制剂，用铝塑复合袋封装，并在袋内充入经干燥处理的高纯氮气，储存于干燥器中待用。使用时将上述消毒剂溶于100～1000 倍的水中即可配成含ClO2100～1000mg/L的消毒液。
1.2消毒剂的稳定性及活化特性研究
消毒剂的储存稳定性按经验法 存放于54±1℃恒温箱中，每5天用五部典量法测定一次ClO2含量，测定ClO2的下降率随时间的变化。测定ClO2活化得率时，取消毒剂分别溶于100、200、1000倍的水中（理论二氧化氯的浓度分别为1000、500、100mg/l），放置不同的时间后，用五部典量法测定各活化液中ClO2的浓度，并比较不同ClO2浓度对活化得率的影响。
1.3 毒性研究
试验动物为健康小鼠。通过对小鼠灌喂不同剂量的消毒剂以观察小鼠随喂药量的增加其半致死剂量和小鼠骨髓中微核细胞率的变化的影响来研究该药剂的急性经口毒性、致突变毒性和蓄积毒性。实验方法参照文献进行。
1.4定量杀菌能力研究
用大肠杆菌（8099）（第六代）、金黄色葡萄球菌（ATCC6538）（第六代）和枯草杆菌黑色变种（ATCC9372）芽胞（第四代）作为定量杀菌试验菌种。按文献[1]中载体浸泡法进行杀菌试验。试验温度：20±2℃，测定不同浓度下，作用时间对杀菌率的影响。
1.5对乙肝表面抗原（HBSAg）的破坏能力研究
用含5%小牛血清的PBS液将HBSAg稀释至100mg/ml作试液。按文献[1]的方法，将消毒剂稀释至不同的试验浓度，分别作用于不同的 HBSAg试液的试管，混匀，作用至预定时间，按双抗夹心二步法操作程序进行ELISA检测。观察不同浓度不同时间对对乙肝表面抗原（HBSAg）的破坏能力。同时设阳性对照（中和产物加抗原）及阴性对照（中和产物）。试验温度20±2℃，结果判定以S/N＜2.1为消毒合格（其中S/N=试验样本的平均OD值/阴性对照的平均 OD值 ）。
2 结果与讨论
2.1 消毒剂的稳定性及活化得率
从图1可以看出，试验前固体药剂中ClO2含量为9.88%，ClO2含量随贮存时间的增加而降低。贮存15日时，ClO2含量降为9.58%，下降率为3.04%；贮存25日时，ClO2含量降为9.45%，下降率为4.35%。试验结果表明，药剂的稳定性达到文献[1]规定的于54±1℃贮存14日有效成分下降率不大于10%的要求.据此可以判定该消毒剂正常使用时有效期可达一年以上。
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从图2可以看出，随着ClO2 浓度的提高，活化得率也随之提高，并且在活化时间在5min时活化的率达到最高峰，随后由于ClO2的挥发或发生歧化作用而使活化的率有所下降。实验结果说明该药剂的最佳活化时间为5min。
从图2还可以看出消毒剂在高浓度（含ClO2 1000mg/l）最高活化得率为98.91%, 活化pH=4.80, 在低浓度（含ClO2 100mg/l）活化时，活化得率为96.0%, 活化PH=3.82。可见高浓度活化尽管具有较高的活化得率，但也具有较高的活化酸度。由于在高浓度、高酸度条件下，ClO2有较大挥发性和刺激性，给操作带来不便，因此要求活化得率不低于95%的情况下，可以在100mg/L浓度下活化。
2.2消毒剂的毒性
2.2.1急性经口毒性
由表1知, 采用各剂量组对小鼠灌胃后未见明显中毒症状，观察期内无死亡；雌雄小鼠急性经口半致死剂量LD50及95%可信区间均大于21.5g/kg，根据消毒剂急性经口毒性评价方法，该样品属于实际无毒级。
表1 急性经口毒性试验结果Table 1 Testing result of acute qral toxicity
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剂 量/g.kg-1 |
死亡动物数 / 实验动物数 雌 雄 |
LD 50 值及95%可信限/g.kg-1 雌 雄 |
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2.15 4.64 10.00 21.50 |
0/5 0/5 0/5 0/5 0/5 0/5 0/5 0/5 |
均大于21.5 |
注：当LD50＞5g/kg体重时，属实际无毒级；当0.501≤LD50≤5g/kg体重，属低毒；当0.051≤LD50≤0.500g/kg体重，属中等毒性。
2.2.2体内遗传毒性
表2 样品对小鼠骨髓嗜多染红细胞微核的影响Table 2 Influence of micro core of mice marrow polychromatic erythrocyte
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组 别 |
剂量/g.kg-1 雌/雄 |
动物数 雌/雄 |
PCE/RBC 雌/雄 |
微核细胞数 雌/雄 |
微核细胞率/‰ 雌/雄 |
P |
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阴性对照 样 品 阳性对照 |
20ml双蒸水/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代表样品微核细胞率与阴性对照的显着性水平指标。当P＞0.05时，无显着性差异，当P＜0.01时，有显着性差异。
从表2可以看出，样品剂量从1.25、2.50到5.00g/kg体重，各样品受试组的具微核嗜多染红细胞率与阴性对照值相比，均无显着差异，也无剂量—反应关系，阳性对照值与阴性对照值相比则有极显着差异。各组动物的PCE/RBC比率均大于0.1，表明骨髓红细胞系统的红细胞增值并无明显受抑，对嗜多染红细胞的观察无明显影响。说明样品对小鼠骨髓嗜多染红细胞无诱发微核作用，故无体内遗传毒性。
2.2.3蓄积毒性
由表3知，给药20天后，小鼠死亡数仍未过半数，此时20天累积总剂量已达到LD50的5.24倍，由此可以断定LD50（n）＞5.24 LD50，即蓄积系数 ＞5。根据文献[1]蓄积毒性强度分级规定*，当 K≥5时，受试物即为弱蓄积性。
表3 小鼠蓄积毒性试验结果Table 5 Experimental result of cumulative toxicity in mice
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染毒日期/日 |
以半致死剂量LD50倍数表示的染毒剂量/ LD50 每日染毒剂量 4日内染毒剂量 累积总剂量 |
动物死亡数 雌/雄 |
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1-4 5-8 9-12 13-16 17-20 |
0.10 0.40 0.40 0.15 0.60 1.00 0.22 0.88 1.88 0.34 1.36 3.24 0.50 2.00 5.24 |
0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 |
2.3 ClO2浓度及作用时间对消毒能力的影响
2.3.1对细菌繁殖体及细菌芽孢的杀灭效果
从图3、图4可以看出，含 ClO2 80 mg/l的消毒液作用1min对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌杀灭率就可以达 99.95%以上，分别在 3min、5min对这两种细菌的杀灭率达到100%。含ClO2 40mg/l的消毒液分别在5min和7min对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌杀灭率达99.93%以上。含ClO2 20mg/l的消毒液在11min对大肠杆菌杀灭率达到99.99%，在试验时间内对金黄色葡萄球菌杀灭率只达到99.86%.
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图5是三种浓度对枯草杆菌黑色变种芽胞试验结果，图中曲线表明： 400 mg/l的ClO2消毒液的作用30min对枯草杆菌黑色变种芽胞杀灭率可达99.96%，作用60min杀灭率可达100%。而800mg/l ClO2消毒液作用30min杀灭率即可达到100%。200 mg/l的ClO2消毒液在观察时间内对枯草杆菌黑色变种芽胞杀灭率未达到99.9%。
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2.3.2 对乙肝表面抗原（HBsAg）的破坏效果
从图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，此时，S/N值分别为1.50、1.11 均小于2.1，据此可以判定这两种浓度的消毒液在上述作用时间内对均能破坏乙肝表面抗原（HBsAg）抗原性。150 mg/l的ClO2消毒液在观察时间内S/N未达到2.1以下。
3 结束语
研究表明，三组分一元包装ClO2消毒粉剂具有较好的储存稳定性，在54±1℃放置14天，ClO2的下降率仅为4.35%；在100mg/L浓度活化时，0.5min活化得率即可达到95%以上，活化pH值为4.84，这说明消毒剂可以在低酸度低浓度条件下快速、高效活化。
该药剂对雌雄小鼠的经口LD50值均大于21.5g/kg，属于实际无毒级；累积剂量达到5.24LD50后，动物死亡率仍未过半数（蓄积系数K>5），为弱蓄积性；剂量达5.00 g/kg，未检出对雌雄小鼠的骨髓嗜多染红细胞的诱变活性，无体内遗传毒性。
含ClO2 80mg/l消毒液作用5～7分钟对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀灭率可达 100%； 含ClO2 400mg/l作用60min对枯草杆菌黑色变种芽胞的杀灭率为100%。含ClO2300mg/l时，作用20min可有效破坏乙肝表面抗原（HBsAg）的抗原性。
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