二溴海因消毒劑應(yīng)用研究進(jìn)展

朱大欣,馬小燕,段玉奇,時(shí)夢(mèng)瑤,倪孟僑,李哲,王奎濤,2

(1.河北科技大學(xué) 化學(xué)與制藥工程學(xué)院，河北 石家莊 050018；2.河北省藥用分子化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050018)

二溴海因，化學(xué)名稱為1,3-二溴-5,5-二甲基海因或1,3-二溴-2,4-咪唑啉二酮(DBDMH)，其分子式為C5H6Br2N2O2，結(jié)構(gòu)式如下：

通常其為白色或淡黃色固體，在水中溶解度低，可溶于乙醇、丙酮等有機(jī)溶劑，活性溴含量為54%左右，干燥狀態(tài)下穩(wěn)定、易吸潮，吸潮后部分水解；有輕微或極少刺激性氣味。

從結(jié)構(gòu)上看，其屬于N-鹵素取代乙內(nèi)酰脲類有機(jī)化合物，具有氧化性，其中N—Br鍵易被破壞，與 NBS等溴化劑相比具有活性溴含量高、貯存穩(wěn)定且價(jià)格經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于生物活性的分子構(gòu)建中。劉亞麗等[1]以β-硝基苯乙烯衍生物和二溴海因?yàn)橹鞣磻?yīng)物，在雙鍵高度區(qū)域選擇性氨溴加成反應(yīng)得到的產(chǎn)物收率高達(dá)95%左右；黃子涵等[2]用二溴海因代替溴素進(jìn)行溴代丙酮酸的合成工藝優(yōu)化，優(yōu)化后反應(yīng)產(chǎn)率高，過程無溴化氫氣體且不腐蝕設(shè)備；陳玉梅等[3]以二溴海因?yàn)殇寤瘎┲苽渲匾t(yī)藥中間體2-氟-5-氯-3,4-二溴硝基苯，反應(yīng)條件得到優(yōu)化適于工業(yè)化生產(chǎn)。由此可見二溴海因有更好的溴化效果，可以代替大多數(shù)常用溴化劑參與反應(yīng)。

除此之外，二溴海因作為消毒劑也具有相當(dāng)大的潛力。早在1861年由Baeyer發(fā)現(xiàn)海因后，國外就有人在探索中發(fā)現(xiàn)二溴海因的優(yōu)良消毒效果。Elsmore，Kasai和Armon等[4-6]分別研究了含鹵二甲基乙內(nèi)酰脲在水體中及各類物體表面消殺效果。我國是在非典后才對(duì)其有了進(jìn)一步研究，各類防治及指導(dǎo)消菌文件中均指定有效溴500 mg/L左右的二溴海因可用于室內(nèi)外大環(huán)境或餐飲器具消毒[7]。薛廣波[8-9]認(rèn)為二溴海因由于其特殊的優(yōu)點(diǎn)，未來必將有廣闊的發(fā)展前景，其作為一種新型的高效消毒劑，甚至有取代含氯消毒劑的可能性。

1 消毒分解機(jī)理

研究發(fā)現(xiàn)[10-12]二溴海因在水中能水解成次溴酸，不斷釋放出活性物質(zhì)，水解速度快，釋放出Br離子與含氮物質(zhì)反應(yīng)形成鹵胺類物質(zhì)干擾細(xì)菌細(xì)胞代謝，從而起到殺菌作用；次溴酸與其分解出的新生態(tài)氧會(huì)增加細(xì)胞膜通透性起到殺菌作用。其反應(yīng)如下：

陳榮鳳等[13]通過從蛋白質(zhì)變化、DNA鏈斷裂以及超微結(jié)構(gòu)研究了二溴海因?qū)莶輻U菌黑色變種芽孢的殺滅機(jī)理，通過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)該物質(zhì)在二溴海因溶于水釋放出有效溴后蛋白質(zhì)合成受阻、殼質(zhì)降解，同時(shí)DNA雙鏈斷裂，使細(xì)菌死亡。同時(shí)，還通過懸液定量殺菌法證明在不同有效溴的含量下對(duì)大腸埃希菌、金葡菌、枯草桿菌黑色變種芽孢以及HBsAg的抗原性均有良好殺滅和破壞效果[14]。

黃鑫等[15]研究二溴海因在水中紫外光照射下分解和副產(chǎn)物形成的機(jī)理，紫外輻照5 min后可產(chǎn)生質(zhì)量濃度較大的溴酸根離子(>25.9 μg/L)；溴酸根離子是次溴酸光促歧化反應(yīng)的中間產(chǎn)物，且pH對(duì)分解過程影響可忽略。有效溴包括次溴酸和溴氨，實(shí)驗(yàn)中當(dāng)紫外光波長(zhǎng)越短且水中存在NH3-N時(shí)，在有效溴分解后會(huì)和氨氮生成溴氨抑制溴酸根生成[16]，達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡，剩余的二甲基海因可以繼續(xù)分解為二氧化碳等對(duì)環(huán)境無污染的物質(zhì)。

2 消毒效果及對(duì)比研究

在病毒滅活方面，陳倩等[17]考察了MS2噬菌體和脊髓灰質(zhì)炎病毒 I型(PV-I)對(duì)二溴海因消毒劑的抵抗力情況，實(shí)驗(yàn)證明二者均可以被有效殺滅，且MS2噬菌體比PV-I更易被二溴海因殺死。冷紅英等[18]在對(duì)脊髓灰質(zhì)炎病毒滅活時(shí)以牛血清白蛋白為有機(jī)干擾物，發(fā)現(xiàn)其對(duì)二溴海因的滅殺效果具有一定影響。

殺菌方面陳越英等[19-20]研究了對(duì)嗜肺軍團(tuán)菌的殺滅效果和影響因素，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)200 mg/L作用10 min即可全部殺滅，另外溫度(10 ℃)對(duì)其效果有輕微影響，有機(jī)物與pH(5.0～9.0)基本無影響。通過微孔濾膜法抽濾法對(duì)實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)水體中大腸桿菌群落進(jìn)行了殺菌效果測(cè)定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)即使有效溴比較低，在任何水體中都有相當(dāng)可觀的殺菌效果，同時(shí)證明對(duì)于大腸桿菌來說，水溫、pH及有機(jī)物對(duì)其殺菌效果影響很輕。

同時(shí)研究人員也與現(xiàn)有常用消毒劑作了大量對(duì)比，王錚等[21]使用溴含量55.9%的二溴海因與10%次氯酸鈉溶液在原水中進(jìn)行除藻實(shí)驗(yàn)；王躍斌等[22]使用二溴海因與三氯異氰尿酸對(duì)海蜇幼體進(jìn)行急性毒性實(shí)驗(yàn)；陳葉俊[23]進(jìn)行了二溴海因與過硫酸氫鉀復(fù)合鹽對(duì)牙椅細(xì)菌種類最復(fù)雜的左側(cè)扶手的消毒對(duì)比；羅玫玲等[24]將二溴海因超聲波霧化與紫外線空氣消毒進(jìn)行對(duì)比，均證明了二溴海因比其他消毒劑具有更好的消毒效果和安全性。

徐燕等[25]更是將二溴海因、次氯酸鈉等4種消毒劑按消毒技術(shù)規(guī)范對(duì)脊髓灰質(zhì)炎病毒和大腸埃希菌分別滅殺，結(jié)果表明二溴海因在有效溴200 mg/L作用5 min對(duì)埃希菌有很好的殺死作用，在有效溴500 mg/L作用15 min可對(duì)脊髓灰質(zhì)炎病毒滅活，是四類消毒劑中最好的。

3 消毒劑質(zhì)量性能評(píng)價(jià)

王曉蕾等[26]對(duì)二溴海因消毒劑進(jìn)行了消毒性能研究發(fā)現(xiàn)其對(duì)于金屬腐蝕性也極低，在高濃度長(zhǎng)時(shí)間的浸泡中對(duì)不銹鋼基本無腐蝕，對(duì)銅、鋁有輕度腐蝕，對(duì)碳鋼中度腐蝕。呂瑞芳等[27]對(duì)二溴海因消毒片進(jìn)行了探究，發(fā)現(xiàn)片劑密封包裝儲(chǔ)存于37 ℃ 90 d后，仍能保證其有效殺菌含量，表明二溴海因片劑儲(chǔ)存性能穩(wěn)定安全。王康等[28]通過75 ℃熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)、二溴海因放熱分解情況分析、爆炸性及家兔皮膚刺激性等一系列實(shí)驗(yàn)，證明二溴海因其穩(wěn)定的性質(zhì)，是非易燃易爆品，并未發(fā)現(xiàn)對(duì)皮膚的不可逆損傷。

隨著二溴海因的開發(fā)應(yīng)用，與人類接觸越來越密切，無論是動(dòng)植物還是人，使用是否會(huì)對(duì)我們?cè)斐蓳p傷都值得研究。姜霞[29]和張明月等[30]分別對(duì)二溴海因進(jìn)行了急性毒性以及亞急性毒性研究，結(jié)果小鼠生長(zhǎng)活動(dòng)、血液臟器等指標(biāo)均正常，表明其無明顯急性毒性和亞急性毒性。孫博[31]對(duì)二溴海因在羅非魚體內(nèi)分解變化及損傷過程檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，整體存在一種類似劑量-時(shí)間效應(yīng)關(guān)系，其含量與不可逆損傷程度成正比，所以建議在應(yīng)用過程中要注意濃度控制。

4 應(yīng)用研究

目前二溴海因最主要用于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，對(duì)養(yǎng)殖水體進(jìn)行消毒。除此以外在除藻方面也取得了不錯(cuò)的進(jìn)展。張興魁等[32]通過對(duì)海水中不同種類的混合水藻樣本進(jìn)行殺滅，發(fā)現(xiàn)2 d后除藻效果最佳。即使當(dāng)有效溴為6 mg/L時(shí)，最低除去率也達(dá)到了86.15%。鞠偉琴等[33]將二溴海因用于水培花卉的研究中，通過對(duì)營(yíng)養(yǎng)液和植株生長(zhǎng)情況觀察其對(duì)水培綠藻的抑制作用，發(fā)現(xiàn)酸堿環(huán)境最佳抑制濃度有所不同，且對(duì)營(yíng)養(yǎng)液電導(dǎo)率產(chǎn)生一定影響。而袁博等[34]又將50 mg/L二溴海因與2 g/L活性炭復(fù)配使用，復(fù)配后的溶液不僅具有最佳除藻效果，對(duì)植物生長(zhǎng)影響小，同時(shí)對(duì)營(yíng)養(yǎng)液電導(dǎo)率變化也最優(yōu)。

復(fù)配使用方面，秦娟等[35]以二溴海因或溴氯海因?yàn)橹魉?、硬脂酸單甘酯及吐?80為輔料制備的復(fù)合保鮮劑用于蜜桔生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明二溴海因和溴氯海因復(fù)合保鮮劑可以在長(zhǎng)期儲(chǔ)存中使好果率達(dá)到80%以上。由于其優(yōu)良的配伍性，除了將其和同類型的溴氯海因復(fù)方使用外，易佳琳等[36]將二溴海因與鄰苯二甲醛(OPA)復(fù)方使用，在較低濃度配比下使得大腸桿菌、銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌化學(xué)鍵出現(xiàn)不同程度斷裂，膜電位變化、ATP迅速下降，進(jìn)而達(dá)到消毒效果。

其他應(yīng)用領(lǐng)域上，石瑞常等[37]以二溴海因?yàn)橹鞒煞种瞥尚Q用熏煙消毒劑魯煙1號(hào)，對(duì)家蠶核型多角體等病毒以及蘇云金芽孢桿菌等細(xì)菌的消殺均取得了理想效果。寧培勇等[38]將二溴海因消毒劑應(yīng)用于衣物消毒，并與市售部分衣物消毒劑對(duì)比發(fā)現(xiàn)，二溴海因?qū)︺~綠假單胞菌和白色念珠菌的平均殺滅對(duì)數(shù)值均>3.00，而其他洗護(hù)用品<1.00，效果明顯較優(yōu)。

李俊[39]通過將二溴海因分別與親水性和疏水性二氧化硅微粒子反應(yīng)，制備出具有抗菌效果的有機(jī)/無機(jī)抗菌復(fù)合微粒子，研究發(fā)現(xiàn)二溴海因通過物理或化學(xué)作用包裹在SiO2粒子表面，形成一種有機(jī)抗菌材料包覆無機(jī)載體結(jié)構(gòu)的可溶性微粒。SiO2粒子的親水程度可能會(huì)導(dǎo)致抗菌微粒的溶解差異，此類功能性復(fù)合二氧化硅微粒子的研究對(duì)涂料、橡膠、藥物等各領(lǐng)域均有廣闊的研究前景。

5 總結(jié)與展望

通過以上對(duì)二溴海因消毒機(jī)理、消毒效果對(duì)比、安全性能評(píng)價(jià)以及應(yīng)用研究總結(jié)發(fā)現(xiàn)其比其他類型消毒劑對(duì)大多數(shù)常見微生菌、病毒殺死或抑制作用更強(qiáng)，同時(shí)兼具殺芽孢作用，殺菌范圍廣；沒有明顯刺激性氣味，穩(wěn)定性高且對(duì)金屬腐蝕較小，對(duì)人無毒無刺激；消毒后自然分解，對(duì)環(huán)境無污染；是一種環(huán)境友好型高效氧化類消毒劑。目前國內(nèi)尚未形成大規(guī)模應(yīng)用，可能與其難溶、貯存、特定場(chǎng)合使用效果不佳等因素有關(guān)，這些存在問題亟待解決。

二溴海因具有諸多優(yōu)勢(shì)，關(guān)于其合成、開發(fā)及復(fù)配使用，逐漸成為近年研究熱點(diǎn)。隨著市場(chǎng)的日益變化，二溴海因消毒劑的使用和需求也會(huì)大大增加，而通過物理化學(xué)或制劑等方法解決其溶解問題等不足的各類新劑型消毒劑也會(huì)應(yīng)運(yùn)而生，以溴代氯的趨勢(shì)將成為必然，二溴海因的生產(chǎn)、應(yīng)用及發(fā)展都會(huì)在未來具有十分重要的意義與無限前景。