Fotodegradering - Photodegradation
Fotnedbrytning er lysendring av materialer. Vanligvis refererer begrepet til den kombinerte virkningen av sollys og luft . Fotnedbrytning er vanligvis oksidasjon og hydrolyse . Ofte unngås fotnedbrytning, siden det ødelegger malerier og andre gjenstander. Det er imidlertid delvis ansvarlig for remineralisering av biomasse og brukes med vilje i noen desinfeksjonsteknologier. Fotodegradering gjelder ikke hvordan materialer kan eldes eller nedbrytes via infrarødt lys eller varme, men inkluderer nedbrytning i alle ultrafiolette lysbølgebånd.
applikasjoner
Matvarer
Beskyttelse av mat mot nedbrytning er veldig viktig. Noen næringsstoffer påvirkes for eksempel av nedbrytning når de utsettes for sollys. Når det gjelder øl , forårsaker UV-stråling en prosess som medfører nedbrytning av humlebittere forbindelser til 3-metyl-2-buten-1-tiol og endrer derfor smak. Ettersom ravfarget glass har evnen til å absorbere UV-stråling, blir ølflasker ofte laget av slikt glass for å forhindre denne prosessen.
Maling, blekk og fargestoffer
Maling, blekk og fargestoffer som er organiske er mer utsatt for nedbrytning av lys enn de som ikke er det. Keramikk er nesten universelt farget med ikke-organiske opprinnelsesmaterialer for å la materialet motstå fotnedbrytning selv under de ubarmhjertige forhold, og opprettholde fargen.
Pesticider og herbicider
Fotodegradering av plantevernmidler er av stor interesse på grunn av omfanget av jordbruk og intensiv bruk av kjemikalier. Pesticider velges imidlertid delvis for ikke å nedbrytes lett i sollys for å tillate dem å utøve sin biocidaktivitet. Dermed er ytterligere modaliteter implementert for å forbedre deres fotnedbrytning, inkludert bruk av fotosensibiliserende midler , fotokatalysatorer (f.eks. Titandioksid ), og tilsetning av reagenser slik som hydrogenperoksid som vil danne hydroksylradikaler som vil angripe pesticidene.
Legemidler
Fotodegradering av legemidler er av interesse fordi de finnes i mange vannforsyninger. De har skadelige effekter på vannlevende organismer, inkludert toksisitet, hormonforstyrrelse, genetisk skade. Men også i det primære emballasjematerialet må nedbrytning av legemidler forhindres. For dette brukes ravglass som Fiolax amber og Corning 51-L ofte for å beskytte legemidlet mot UV-stråling. Jod (i form av Lugols løsning ) og kolloidalt sølv brukes universelt i emballasje som slipper gjennom veldig lite UV-lys for å unngå nedbrytning.
Polymerer
Vanlige syntetiske polymerer som kan angripes inkluderer polypropylen og LDPE , der tertiære karbonbindinger i kjedestrukturer er angrepssentrene. Ultrafiolette stråler samhandler med disse bindingene for å danne frie radikaler , som deretter reagerer videre med oksygen i atmosfæren, og produserer karbonylgrupper i hovedkjeden. De eksponerte overflatene på produktene kan da misfarges og sprekke, og i ekstreme tilfeller kan fullstendig produktoppløsning oppstå.
I fiberprodukter som tau som brukes i utendørs applikasjoner, vil produktets levetid være lav fordi de ytre fibrene vil bli angrepet først, og vil for eksempel lett bli skadet av slitasje . Misfarging av tauet kan også forekomme, og dermed gi en tidlig advarsel om problemet.
Polymerer som har UV-absorberende grupper som aromatiske ringer kan også være følsomme for UV-nedbrytning. Aramidfibre som Kevlar er for eksempel svært UV-følsomme og må beskyttes mot skadelige effekter av sollys.
Mekanisme
Mange organiske kjemikalier er termodynamisk ustabile i nærvær av oksygen; imidlertid er deres hastighet for spontan oksidasjon langsom ved romtemperatur. På språket for fysisk kjemi er slike reaksjoner kinetisk begrenset. Denne kinetiske stabiliteten tillater akkumulering av komplekse miljøstrukturer i miljøet. Ved absorpsjon av lys konverterer triplett oksygen til singlet oksygen , en svært reaktiv form av gassen, som påvirker spinntillatte oksidasjoner. I atmosfæren nedbrytes de organiske forbindelsene av hydroksylradikaler , som er produsert av vann og ozon.
Fotokjemiske reaksjoner initieres av absorpsjon av et foton, vanligvis i bølgelengdeområdet 290–700 nm (på jordens overflate). Energien til et absorbert foton overføres til elektroner i molekylet og endrer kort deres konfigurasjon (dvs. fremmer molekylet fra en jordtilstand til en eksitert tilstand ). Den eksiterte tilstanden representerer det som egentlig er et nytt molekyl. Ofte eksiterte tilstand-molekyler ikke er kinetisk stabile i nærvær av O- 2 eller H 2 O og kan spontant separerte ( oksidere eller hydrolysering ). Noen ganger spaltes molekyler for å produsere ustabile fragmenter med høy energi som kan reagere med andre molekyler rundt dem. De to prosessene blir samlet referert til som direkte fotolyse eller indirekte fotolyse , og begge mekanismene bidrar til fjerning av forurensende stoffer.
USAs føderale standard for testing av plast for nedbrytning er 40 CFR Ch. I (7–1–03 Edition) DEL 238
Beskyttelse mot fotnedbrytning
Fotnedbrytning av plast og andre materialer kan inhiberes med polymerstabilisatorer , som er mye brukt. Disse tilsetningsstoffene inkluderer antioksidanter , som avbryter nedbrytningsprosesser. Typiske antioksidanter er derivater av anilin . En annen type tilsetningsstoff er UV-absorberende stoffer. Disse midlene fanger fotonet og konverterer det til varme. Typiske UV-absorbere er hydroksysubstituerte benzofenoner , relatert til kjemikaliene som brukes i solkrem .
Se også
Referanser
Kilder
- Castell, JV; Gomez-L, MJ; Miranda, MA; Morera, IM (2008), "Fotolytisk nedbrytning av Ibuprofen. Toksisitet av de isolerte fotoproduktene på fibroblaster og erytrocytter", Fotokjemi og fotobiologi , 46 (6): 991–96, doi : 10.1111 / j.1751-1097.1987.tb04882.x , PMID 3438349
- Salgado, R; Pereira, VJ; Carvalho, G; Soeiro, R; Gaffney, V; Almeida, C; Vale Cardoso, V; Ferreira, E; Benoliel, MJ; Ternes, TA; Oehmen, A; Reis, MAM; Noronha, JP (2013), "Fotodegradation kinetics and transformation products of ketoprofen, diclofenac and atenolol in pure water and behannet avløpsvann", Journal of Hazardous Materials , 244–245: 516–52, doi : 10.1016 / j.jhazmat.2012.10. 039 , PMID 23177274
- Boltres, Bettine, "When glass meets pharma", ECV Editio Cantor, 2015, ISBN 978-3-87193-432-2