【转】综述:氧化电位水

2019-03-26 10:44:00 中国预防医学科学院流行病学、微生物学研究 366

氧化电位水

中国预防医学科学院流行病学、微生物学研究所

中国预防医学科学院消毒检测中心副主任

氧化电位水(又称强酸性水、酸化电位水、强酸性电解水、酸性氧化电位水、机能水等)是一种具有高氧化还原电位(ORP)、低pH、含低浓度的有效氯的水,这种水具有较强的氧化能力和快速杀灭微生物作用。氧化电位水的研究始于1987年,由日本独立开发作为对耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌(MRSA)有显著效果的杀菌剂。经过多年的研究,人们对其的认识不断深入,对其杀菌的有效性、安全性、不留残毒有利于环保的优点已得到共识,并在医疗领域已用于手消毒、内窥镜的清洗消毒、血液透析装置的消毒、环境的消毒以及褥疮等创面的治疗。自1995年以来氧化电位水生成机进入中国市场很快得到了中国同行的认可,并且在一些医院用于内窥镜、牙钻、手术室、供应室的医疗器械的消毒,目前国内北京、沈阳、上海、安徽等地已开发出此类产品。并通过了各地区卫生行政部门的卫生许可。该产品的开发与应用对于防止医院内感染,控制消毒剂对环境的污染具有重要意义。

一、理化性质

氧化电位水是一种无色透明的液体,具有氯味,其氧化还原电位在10501180mV之间,有效氯含量一般为1050mg/L。在室温、密闭、避光的条件下,较稳定,可保存12个月,而在室温暴露的条件下,不稳定,可自行分解成自来水,故不宜长期保存,最好现用现制备。日本的林原正对氧化电位水水质进行了分析,表明氧化电位水中的pH值,氧化还原电位,Na离子,活性氧等与自来水和碱性离子水有明显的差别(1)

1 氧化电位水水质分析结果*

分析项目

分析结果

氧化电位水

碱性离子水

自来水

PH18

2.36

12.8

6.87

次氯酸mg/L

10

0.2

0.2

氧化还原电位mV

1156

-798

695

导电率μ/cm

1980

2630

245

Ca离子mg/L

25

44

26

Mg离子mg/L

6.3

9.5

6.7

Na离子mg/L

140

300

16

K离子mg/L

2.6

5.7

2.4

Fe离子mg/L

0.07

0.04

0.02

游离碳酸mg/L

11

3.5

氯离子mg/L

440

200

27

硫酸离子mg/L

51

16

42

活性氧mg/L

25

*氧化电位水生成机JAW035(日本樱泰克株式会社)

二、氧化电位水产生的原理和方法

三宅晴久(1997)和小川俊雄(1995)对氧化电位水产生的原理和隔膜的作用进行了较为详细的描述。

氧化电位水是将添加了0.05%NaCl的自来水,通过氧化电位水生成机中带有离子隔膜的组合电解槽,电解而成。由于离子隔膜将电解槽的阳极侧和阴极侧分开,(食盐)水通过电解解离成HOH-,而OH-结合于阳极一侧或得电子,成为OH,随着4OH→2H2OO2的反应,4OH变成为水和氧气,于阳极侧的电解槽中就剩下来4H,由隔膜隔开的阳极槽中就积累了H,所以从阳极槽得到的水会显酸性。阳极由氯离子(Cl-)生成氯气,然后进一步与H2O反应生成盐酸和次氯酸(HOCL),使从阳极槽得到的水含10-50mg/L有效氯。

另外在阳极H2O也被电解成氧气(O2)和氢离子,其结果是在阳极槽得到的水的pH值在2.7以下,有效氯浓度达到10-50mg/L,溶存氧和氧化还原电位显著上升,一般在1050-1180mV之间。

三、对微生物的杀灭作用

氧化电位水具有快速杀灭微生物的作用。

1.对细菌繁殖体的杀灭作用

氧化电位水可快速杀灭各种细菌繁殖体。芝烨彦(1995)报道ORP值为1100mVpH值为2.60时,氧化电位水作用30秒和1分钟,对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、鼠伤寒杆菌、绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌(MRSA)杀灭率分别为99.99%和100%。来自日本食品卫生检测中心和林原正的报道均表明氧化电位水对大肠杆菌、沙门氏菌、绿脓杆菌和MRSA具有快速的杀灭作用。李新武等(1996)报道,在20条件下,ORP值为1127mV,pH值为2.6,有效氯含量为2030mg/L的氧化电位水作用15秒种,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀灭率均为100%。崛田国元(1999)报道氧化电位水对甲氧西林敏感的金黄色葡萄球菌MRSA,表皮葡萄球菌、粪肠球菌、大肠杆菌0157H7、克雷伯氏肺炎球菌、绿脓杆菌、伤寒沙门氏菌、粘质沙雷氏菌、副溶血弧菌的杀灭时间均小于10秒种。

2.对病毒的杀灭作用

清水义信等(1992)应用氧化电位水对各种病毒的灭活作用进行了比较,证明氧化电位水对病毒具有很好的灭活作用

李新武等(1999)对日本六个厂家的氧化电位水生成机制备的氧化电位水对HBsAg抗原性的破坏效果进行了比较,结果表明氧化电位水ORP值在10811174mV之间pH2.32.6之间,有效氯含量在1050mg/L时,作用30秒均能破坏HBsAg的抗原性。年维东等(1999)年的报道表明将含乙肝病人血清的生理盐水注入胃镜活检孔道内,用装有氧化电位水的自动超声雾化内窥镜消毒机消毒作用3分钟,应用Dig-斑点杂交法和PCR法检测HBVDNA结果均为阴性。上述结果表明氧化电位水对病毒本身、HBsAg和核酸均有较好的灭活和破坏作用。

3.对真菌或酵母菌的杀灭作用

芝烨彦(1995)的报道表明:氧化电位水对酵母菌具有较好的杀灭作用,30秒对Rhodstorula sp和白色念珠菌的杀灭率均大于99.90%。崛田国元(1999)的报道表明氧化电位水对白色念珠菌、土曲菌(Aspergillus terreus)和毛孢子菌(Trichesperon)的杀灭时间均小于15秒。国内易建云(1998)证明氧化电位水作用5min100%杀灭白色念珠菌。

4.对细菌芽胞的杀灭作用

李新武(19961999)报道了氧化电位水对枯草杆菌黑色变种(ATCC  9372)芽胞的杀灭效果。在无蛋白胨存在的条件下,氧化电位水作用1020min100%杀灭该芽胞。邓小虹(1998)和易建云(1998)也分别有同样结果的报道。

四、杀菌机理

关于氧化电位水的杀菌机理目前有两种说法,一种是根据澳大利亚Berking关于水系环境中pH值和ORP值与微生物生存的关系的理论,认为微生物在低pH值和高ORP值的条件下不能生存,氧化电位水的杀菌机理主要是低pH值和高ORP值起作用。而另一种观点认为主要是次氯酸起作用,其主要依据为:1强碱性水的pH值和ORP值处于微生物生存范围之外,但只显示出微弱的杀菌作用。2应用强碱性水中和氧化电位水而使ORP值下降,pH值上升,仍可维持较高的杀菌活性。3pH值和ORP值不改变的情况下,降低有效氯,氧化电位水的杀菌活性明显下降。4即使氧化电位水不直接与微生物接触也可杀灭微生物。5用硫酸钠替代氯化钠得到的氧化电位水仅有微弱的杀菌活性。李新武(1996)对氧化电位水对微生物的杀菌机理进行了研究,通过电镜观察发现氧化电位水作用后的金黄色葡萄球菌和枯草杆菌黑色变种芽胞,可改变菌细胞的通透性,使菌细胞肿胀、破裂,促进细胞内容物向外渗出,这种现象与Friberg(1957)证实的氯化作用的结果是一致的


李新武等(1999)在进一步研究氧化电位水的杀菌机理时还发现将2000倍稀释的盐酸溶液和次氯酸钠配制成与氧化电位水pH值、ORP值和有效氯含量相同的溶液及蒸馏水和次氯酸钠配制成的与氧化电位水有效氯含量相同的溶液,与氧化电位水对金黄色葡萄球菌的杀灭效果相同,由此证明氧化电位水中起主要杀菌作用的因子是有效氯。清水义信认为氧化电位水的杀菌机理可能是阻碍酶的活性。通过测定氧化电位水对酶的作用发现,各种代谢酶的活性在和氧化电位水反应时,可使酶的活性丧失。

五、影响氧化电位水杀菌效果的因素

1.有机物

由于氧化电位水中主要杀菌因子是有效氯、且该水中的有效氯含量又较低,在有机物存在的条件下,对杀灭微生物的作用有明显影响。李新武等(19961999)发现在枯草杆菌黑色变种芽胞悬液中加入10%的小牛血清或1%的蛋白胨,氧化电位水与其作用20分钟,其杀灭率由原来的100%分别下降至19.5%和59.54%。但在细菌繁殖体悬液中加与不加入1%蛋白胨对其杀灭效果无影响,作用30秒的杀灭率均为100%。在含1%蛋白胨的金黄色葡萄球菌悬液中加入25%和50%的小牛血清,作用30秒,氧化电位水对两种菌悬液的杀灭率分别为100%和99.97%。表明有机物增加较多时对氧化电位水杀灭金黄色葡萄球菌的效果有影响。芝烨彦(1995)研究了在氧化电位水中加入不同浓度的人血清、酵母、马血清、牛血清等6种有机物对金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、大肠杆菌、克雷伯氏肺炎球菌等11种细菌杀灭效果的影响。表明各种有机物对氧化电位水杀灭不同细菌的效果均有影响,随有机物浓度的增加,杀菌效果下降。除了人血清以外,其它五种有机物浓度相同时,延长杀菌作用时间,氧化电位水的杀菌效果相同。

2、温度

薄玉霞(1999)报道,氧化电位水杀灭枯草杆菌黑色变种芽胞的效果随作用温度的升高而增强,在杀菌作用温度为1020℃30℃的条件下,作用10分钟的杀灭率分别为72.59%94.09%99.69%,作用20分钟时的杀灭率分别为99.31%99.99%100%。由此可见随温度的升高,氧化电位水杀菌能力提高。此种性能与含氯消毒剂的性能是一致的。芝烨彦(1995年)报道了不同作用温度时氧化电位水对金黄色葡萄球菌(MRSA)、大肠杆菌、绿脓杆菌、克雷伯氏肺炎球菌等9种细菌的杀灭作用,结果表明在410℃20℃37℃56℃的条件下,分别作用不同的时间,均有同样的杀菌效果。

3、保存条件

李新武等(1996)研究了四种保存条件对氧化电位水的PH值和ORP值的影响,分别将氧化电位水保存在室温敞开、室温密闭、4密闭和室温密闭避光四种条件下,于不同时间测定其PH值和ORP值的动态变化,结果表明,在室温敞开条件下,PH值随时间延长而升高,2PH值从2.5上升至2.914天上升至3.0ORP值随时间延长而下降,3天后ORP值从1100MV以上下降至1000MV以下,7天下降至450MV。而其它三种条件值均较稳定,在21天内基本无改变。高哲平(1999)报道氧化电位水置于口径为12CM2.8CM的敞口容器内,室温25条件下,可分别保存1天和4天,维持其ORP值在1000MV以上,PH值为3、有效氯含量为30MG/L,随着时间的延长,保存于口径为12Cm敞口容器内的氧化电位水的PH值稳定在3ORP值和有效氯不断下降。7天时ORP值为550MV,有效氯已测不出。

4、氯化钠浓度

清水义信(1994)研究了自来水中加入氯化钠的浓度与氧化电位水中PHORP值和有效氯之间的关系,结果表明随着自来水中加入氯化钠的含量的下降,氧化电位水的PH值上升,而ORP和有效氯含量下降(表3),可导致杀菌效果下降。

3 自来水中加入氯化钠的浓度与氧化电位水中的PH值、ORP值和有效氯的关系

氯化钠浓度(mg/ml

PH

ORP

有效氯含量

3.52

2.5

1130

17.0

1.06

2.5

1130

10.0

0.79

2.5

1130

8.6

0.58

2.5

1120

6.4

0.37

2.6

1110

4.5

0.17

2.6

1040

3.8

0.13

2.8

1010

3.7

5PHORP

以前的研究认为氧化电位水的杀菌效果可能与PH值和ORP值有关,PH值升高,ORP值下降可使杀灭生物能力下降,而最近的一些研究表明氧化电位水杀菌的主要因子是有效氯,但在没有测定有效氯。只测定PH值生ORP值时会给人以假象,认为PH值升高,ORP值下降导致杀菌能力减弱。实际上,在PH值升高,ORP值下降的同时,有效氯浓度也随之下降。所以杀菌能力下降。由于氧化电位水中有效氯含量较低,且不稳定,常规量法较难测定,故用PH值和ORP值做为判断氧化电位水是否达到了具有杀菌能力的间接指标是可行的。

6、水的硬度

由于各个国家和不同地区自来水的硬度不同,在电解过程中,会影响氧化电位水的质量,减少电极的寿命,影响消毒效果,故在自来水硬度较高(超过100MG/L时),应在自来水与氧化电位水生成机之间加一软水处理装置,以保证氧化电位水的质量和消毒效果。

六、氧化电位水在消毒中的应用

由于氧化电位水具有杀灭微生物速度快、效果好,对不锈钢不腐蚀,对皮肤粘膜无刺激,使用后很快还原成自来水,不留残毒有利于环保等特点,只要在使用时充分考虑到使用对象,使用方法各使用场合,合理地使用,即可达到较好的消毒效果.可广泛用于医疗卫生和防疫饮食加工业农业畜牧业旅游业等。

1、医疗卫生消毒

1)手的清洗消毒 氧化电位水作为手的清洗消毒液于1997年通过了日本厚生省的认可。使用氧化电位水洗手时,可根据手的污染程度和期望的清洁程度而改变氧化电位水的使用条件。对于日常洗手如饭前、厕后、普通清扫后,可用氧化电位水冲洗15秒即可。对于卫生洗手如输液点滴操作,消毒作品等医疗行为之前,以及进行导管插入等灭菌操作之前,被体液污染器材使用之后,隔离病房等清洁空间的进出等。可用氧化电位水冲洗60秒,均能取得较好的消毒效果。在日本目前采用集中治疗住院楼内各处配置自动氧化电位水供给系统,使医疗工作者采用氧化电位水频繁洗手成为可能,对预防医疗工作者之间的交叉感染取得了显著效果。并且解决了以往使用消毒液频繁消毒手所发生的对手的损害问题。

2)创口、创面的消毒 氧化电位水作为创口、创面的预防感染的消毒剂于1994年已获得了世界卫生组织(WHO)的承认,并且在卢旺达维和行动中得到了应用。1996年,四川省简阳市人民医院烧伤科在对78例烧伤患者做了256次细菌培养,共检出细菌38株。检出频率较高的前三种菌依次为绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌,用氧化电位水清洗创面后的液体及清洗的创面经细菌培养均无细菌生长。氧化电位水处理后的浅度和深度烧伤创面渗出液明显减少,创缘炎症反应减轻,创面洁净,深度烧伤坏死组织溶解迅速,皮生长加快,创面愈合与常规简单清创处理的比较,可提前4天愈合。度烧伤创面应用氧化电位水后,脱痂提前,肉芽形成好,有利于早期植皮,清创后患者普遍无异常反应,对创面无性,无其他不良反应。何晓红(1999)应用氧化电位水对350例产后妇女会阴部伤口进行冲洗消毒并与用温开水冲洗后加用庆大霉素注射液或

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