Фотодеградация
Фотодеградация - это изменение материалов по свету. Обычно этот термин используется свободно для обозначения комбинированного действия солнечного света и воздуха , которые вызывают окисление и гидролиз . Часто фотодеградация намеренно избегается, поскольку она разрушает картины и другие артефакты. Это, однако, частично отвечает за реминерализацию биомассы и используется намеренно в некоторых технологиях дезинфекции. Фотодеградация не относится к тому, как материалы могут быть выдержаны или деградированы с помощью инфракрасного света или тепла, но включает в себя деградацию во всех ультрафиолетовых световых грунтовых полосах.
Приложения
[ редактировать ]Продукты питания
[ редактировать ]Защита пищи от фотодеградации очень важна. Например, на некоторые питательные вещества влияют деградация при воздействии солнечного света. В случае пива ультрафиолетовое излучение вызывает процесс, который влечет за собой деградацию горьких соединений с 3-метил-2-бутен-1-тиолом и, следовательно, меняет вкус. Поскольку янтарное стекло обладает способностью поглощать ультрафиолетовое излучение, бутылки пива часто изготавливаются из такого стекла, чтобы предотвратить этот процесс.
Краски, чернила и красители
[ редактировать ]Краски, чернила и красители, которые являются органическими, более восприимчивы к фотодеградации, чем те, которые нет. Керамика почти повсеместно окрашена с неорганическими материалами, чтобы позволить материалу противостоять фотодеградации даже в самых неустанных условиях, сохраняя его цвет.
Пестициды и гербициды
[ редактировать ]Фотодеградация пестицидов представляет большой интерес из -за масштаба сельского хозяйства и интенсивного использования химических веществ. Однако пестициды отчасти отбираются, чтобы не легко фотодордировать на солнечном свете, чтобы они могли проявлять свою биоцидную активность. Таким образом, внедряется больше модальностей для улучшения их фотодеградации, включая использование фотосенсибилизаторов, фотокатализаторов (например, диоксид титана ) и добавление реагентов, таких как перекись водорода , которые будут генерировать гидроксильные радикалы, которые будут атаковать пестициды. [ 1 ]
Фармацевтические препараты
[ редактировать ]Фотодеградация фармацевтических препаратов представляет интерес, потому что они встречаются во многих водоснабжениях. Они оказывают вредное воздействие на водные организмы, включая токсичность, эндокринные разрушения, генетическое повреждение. [ 2 ] Но также в основном упаковочном материале необходимо предотвратить фотодеградацию фармацевтических препаратов. Для этого янтарные очки, такие как Fiolax Amber и Corning 51-L, обычно используются для защиты фармацевтической препараты от ультрафиолетового излучения. Йод (в форме раствора Лугола ) и коллоидное серебро используются в упаковке, что позволяет очень мало ультрафиолетового света, чтобы избежать деградации.
Полимеры
[ редактировать ]
Общие синтетические полимеры, которые можно атаковать, включают полипропилен и LDPE , где третичные углеродные связи в их цепных структурах являются центрами атаки. Ультрафиолетовые лучи взаимодействуют с этими связями с образованием свободных радикалов , которые затем реагируют дальше с кислородом в атмосфере, производя карбонильные группы в основной цепи. Открытые поверхности продуктов могут затем обесценить и трещины, а в крайних случаях может произойти полная дезинтеграция продукта.
В волокнистых продуктах, таких как веревка, используемая в наружных приложениях, срок службы продукта будет низким, потому что внешние волокна будут атакованы в первую очередь, и, будет легко поврежден истиранием например, . Также может произойти обесцвечивание веревки, что дает раннее предупреждение о проблеме.
Полимеры, которые обладают UV-поглощающими группами, такими как ароматические кольца, также могут быть чувствительны к ухудшению ультрафиолетового излучения. арамидные волокна, такие как Кевлар Например, , очень чувствительны к ультрафиолетовым излучениям и должны быть защищены от вредных эффектов солнечного света.
Механизм
[ редактировать ]Многие органические химические вещества термодинамически нестабильны в присутствии кислорода; Тем не менее, их скорость спонтанного окисления медленно при комнатной температуре. На языке физической химии такие реакции кинетически ограничены. Эта кинетическая стабильность позволяет накопить сложные экологические структуры в окружающей среде. После поглощения света триплетный кислород превращается в синглетный кислород , очень реактивную форму газа, которая воздействует на спин-вызванные окисления. В атмосфере органические соединения разлагаются гидроксильными радикалами , которые производятся из воды и озона. [ 3 ]
Фотохимические реакции инициируются поглощением фотона, обычно в диапазоне длины волны 290–700 нм (на поверхности земли). Энергия поглощенного фотона переносится в электроны в молекуле и кратко изменяет их конфигурацию (то есть способствует молекуле из основного состояния в возбужденное состояние ). Взволнованное состояние представляет собой то, что по сути является новой молекулой. Часто возбужденные молекулы состояния не являются кинетически стабильными в присутствии O 2 или H 2 O и могут спонтанно разложить ( окисление или гидролиз ). Иногда молекулы разлагаются на получение высокой энергии, нестабильные фрагменты, которые могут реагировать с другими молекулами вокруг них. Эти два процесса в совокупности называются прямым фотолизом или косвенным фотолизом , и оба механизма способствуют удалению загрязняющих веществ.
Федеральный стандарт Соединенных Штатов для тестирования пластика для фотодеградации составляет 40 CFR CH. I (7–1–03 Edition) Часть 238.
Защита от фотодеградации
[ редактировать ]Фотодеградация пластмасс и других материалов может быть ингибирована с помощью стабилизаторов полимеров , которые широко используются. Эти добавки включают антиоксиданты , которые прерывают процессы деградации. Типичные антиоксиданты являются производными анилина . Другим типом добавок являются ультрафиолетовые поглощения. Эти агенты захватывают фотон и преобразуют его в тепло. Типичными ультрафиолетными поглощениями являются гидрокси-замещенные бензофеноны , связанные с химическими веществами, используемыми в солнцезащитном креме . [ 4 ] Восстановление пожелтевшего пластика старых игрушек [ 5 ] по прозвищу Retrobright .
Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Берроуз, HD; Canle L, M.; Сантабалла, JA; Steenken, S. (июнь 2002 г.). «Пути реакции и механизмы фотодеградации пестицидов». Журнал фотохимии и фотобиологии B: Биология . 67 (2): 71–108. doi : 10.1016/s1011-1344 (02) 00277-4 . HDL : 10316/5187 . PMID 12031810 .
- ^ Борен, Энн Л.; Арнольд, Уильям А.; Макнил, Кристофер (1 декабря 2003 г.). «Фотодеградация фармацевтических препаратов в водной среде: обзор». Водные науки . 65 (4): 320–341. Bibcode : 2003aqsci..65..320b . doi : 10.1007/s00027-003-0672-7 . S2CID 34188238 .
- ^ Уолтер Симмлер «Воздух, 6. Фотохимическая деградация» в Энциклопедии Ульмана промышленной химии 2011, Wiley-VCH, Вайнхайм.
- . Рейнер Вольф
- ^ «Сияющий свет на то, почему пластмассы становятся желтыми - Американское химическое общество» . 6 сентября 2022 года . Получено 4 марта 2022 года .
Источники
[ редактировать ]- Кастелл, СП; Gomez-L, MJ; Миранда, Массачусетс; Morera, IM (2008), «Фотолитическая деградация ибупрофена. Токсичность изолированных фотопродуктов на фибробластах и эритроцитах», Фотохимия и фотобиология , 46 (6): 991–96, doi : 10.1111/j.1751-1097.1987.tb0488.x. , PMID 3438349 , S2CID 41693238
- Сальгадо, R; Перейра, VJ; Дуб, g; Soeiro, R; Гаффни, V; Almeida, C; Vale Cardoso, V; Ferreira, E; Бенолиэль, MJ; Тернес, Та; Oehmen, a; Кингс, Мам; Noronha, JP (2013), «Кинетика фотодеградации и продукты трансформации кетопрофена, диклофенака и атенолола в чистой воде и обработанных сточных водах», Журнал опасных материалов , 244–245: 516–52, doi : 10.1016/j.jhazmat.2012.10. 039 , PMID 23177274
- Boltres, Bettine, «Когда стекло встречает Pharma», ECV Editio Cantor, 2015, ISBN 978-3-87193-432-2
