Настоящее и будущее в области химико-бактериологического обеззараживания
Во время учений морской пехоты по химическому обеззараживанию
Разработка составов
В общем и целом, создание составов очищающих средств на основе растворов является трудной задачей. Растворы должны обеспечивать широкий спектр характеристик также как иметь химическую активность в широком спектре эксплуатационных и окружающих условий. Растворы должны поддерживать концепцию семейства систем по обеззараживанию (DFoS) [см. статью "Химико-биологическое обеззараживание нового поколения"] и удовлетворять объединенные программные требования. Составы могут содержать мощные окислители, которые главным образом полезны либо в кислотных, либо щелочных приложениях. Применение органических «сорастворителей» может привести к вопросам совместимости растворов с металлическими поверхностями, пластиками, резиной и другими новыми современными материалами.
Общий подход к подбору состава состоял в применении так называемой «Зеленой химии» как части процесса создания состава; это позволяет избежать токсичности, вносимой органическими растворителями. Основными категориями компонентов составов являются:
- Поверхностно-активные вещества – для содействия растворению загрязнителей и других ингредиентов составов;
- Окислители – для вступления в реакцию с химико-биологическими агентами;
- Буферные растворы – для сохранения оптимального pH для наилучшей химической активности;
- Катализаторы – для содействия активности в отношении к химико-биологическим агентам;
- Стабилизаторы – для предотвращения слишком быстрого распада (разложения) активных ингредиентов (что ведет к коротким срокам хранения и срокам действия).
Изменение любого компонента часто влияет на эффективность агентов и не создает кожно-нарывного действия (положительная характеристика), однако, высокоактивные соединения часто имеют короткие сроки хранения и могут потребовать стабилизатора, который в свою очередь может потенциально привести к меньшей активности окислителя. Кроме того, разумно заметить, что хотя органические растворители могут быть исключены, сохранения эффективности вещества, повышающего растворимость либо в растворе, либо на материалах, тем не менее, необходимо добиться.
Командование израильской армии демонстрирует специальную машину зонного обеззараживания во время национальных учений по гражданской обороне «Turning Point 2»
Окислители
Окислители в обеззараживающих веществах общего применения применялись с шестого века нашей эры. Одним из первых боевых окислителей была известь (оксид кальция), использовавшаяся в средние века для обеззараживания разлагающихся трупов. Сегодня окислители все еще используются в растворных очищающих средствах для борьбы с химико-биологическими химагентами. Хотя сложность составов с окислителями повысилась, они имеют преимущества и недостатки обеззараживания на основе растворов.
Суперхлорированные отбеливатели, как например High-Test Hypochlorite (HTH) и Super Tropical Bleach (STB), применялись со Второй мировой войны в качестве обеззараживающих веществ общего применения. Недостатки использования отбеливателя в качестве очищающего средства были описаны Янгом и другими: (a) содержание активного хлора непрерывно уменьшается со временем при хранении (то есть короткое время хранения), (b) большое количество отбеливателя необходимо для окисления химагентов и (c) отбеливатель несовместим с большинством военных материалов.
Пероксиды (перекись водорода) являются желательными реагентами для обеззараживания в связи с тем что они нетоксичны, не вызывают коррозию материалов и экологически приемлемы. Обычно пероксиды это жидкости и в связи с этим возникают вопросы транспортировки и обработки, а хранить их лучше всего при температуре ниже 0°C; впрочем, возможно хранение ограниченный период времени в широком диапазоне температур в проветриваемых контейнерах. Правила транспортировки ограничивают концентрацию пероксида до менее чем 8%. К сожалению, при 8% пероксид представляет собой кожно-нарывное средство с неприемлемо низкой окисляющей способностью. Еще одним недостатком является то, что пероксиды и обеззараживающие средства на базе пероксидов показали плохую эффективность против биологических отравляющих веществ.
Перкислоты представляют собой достойный вариант, когда они могут смешиваться с растворными составами либо прямо как свободная перкислота (немедленно пригодна для реакции), либо могут быть выработаны «на месте» посредством пергидролиза (см. ниже). Свободные перкислоты являются подходящими очищающими средствами в связи с тем, что они не токсичны, не вызывают коррозию, экологически приемлемы и относительно быстро действуют.
Обеззараживающие вещества на основе перкислот также показали высокую эффективность против биологических химагентов. Жидкие перкислоты имеют ограниченные сроки хранения, ставят вопросы транспортировки и обработки, а хранить их лучше всего при температуре ниже 0°C.
Одно основное преимущество над пероксидами заключается в том, что перкислоты можно хранить и использовать в твердом виде в широком спектре окружающих условий. Было замечено, что перкислоты в твердом состоянии имеют большие сроки хранения при ограниченной потере кислорода при повышенных температурах. Существуют также правила транспортировки для органических пероксидов.
Пероксидные активаторы и катализаторы
Простые растворы перекиси водорода, пероксидные активаторы и органические «сорастворители» могут обеспечить быстрое обеззараживание широкого спектра химико-биологических веществ. Исследования показали, что эти химические составы работают даже при низких температурах (-30°C).
Дополнительный способ производства перкислот - это производство «на месте» за счет пергидролиза с применением имеющихся в продаже активаторов. С применением активаторов могут возникнуть вопросы их растворимости в воде, активности в зависимости от температуры, скорости преобразования, способности к биологическому разложению, стабильности и стоимости.
Эмульсии и микроэмульсии
Существуют два основных пути разработки формул водных или так называемых химико-биологических обеззараживающих веществ. Первый – это эмульсии, которые представляют собой смесь двух жидкостей, которые не растворяются друг в друге (то есть не смешиваемые). Второй – это микроэмульсии, представляющие собой бесцветные, стабильные, жидкие смеси масла, воды и поверхностно-активного вещества, часто в сочетании с «сорастворителем». Водная фаза может содержать соль(и) и/или другие ингредиенты а «масло» фактически может быть сложной смесью различных углеводородов и олефинов (этиленовых углеводородов). В противоположность обычным эмульсиям, микроэмульсии просто смешиваются и не требуют высокого давления, необходимого для образования обычных эмульсий. Два основных типа микроэмульсий: прямые (масло, растворенное в воде, м/в) и обратные (вода, растворенная в масле, в/м).
Твердые составы
Еще одним путем, исследуемым в настоящее время, является концепция получения твердого окислителя или гидролизного источника в сочетании с дополнительными твердыми ингредиентами для химико-биологических обеззараживающих веществ. Цель – добиться сухого концентрированного вещества, которое получить за счет растворения в любом источнике воды. Задача состоит в том, чтобы создать совершенное обеззараживающее вещество с высокой действенностью, большим сроком годности, сроком хранения, обладающее совместимостью с материалами, хорошей транспортируемостью и низкой стоимостью.
Выводы
Обеззараживание на базе растворов сталкивается с большими проблемами и над этой проблемой продолжают работать. Новые концепции и подходы растворных обеззараживающих веществ постоянно проверяются с целью получения наилучшего баланса между эффективностью и стабильностью в условиях конкретной боевой задачи (например, окружающая среда, отравляющее вещество, материал-основа, доступное время). Растворные обеззараживающие вещества будут и дальше соответствовать концепции DFoS с той целью, чтобы позволить бойцу лучше сосредоточиться на боевой задаче и снизить время, трудозатраты и материально-техническое обеспечение процесса обеззараживания.
Использованы материалы:
www.monch.com
www.marines.com
www.army-technology.com
www.jsf.mil
www.goarmy.com
Автор: Alex Alexeev