คุณสมบัติของก๊าซโอโซน
จากตอนที่แล้วที่เราได้กล่าวไปว่า โอโซนเป็นสารประกอบธรรมชาติที่มีอยู่ในชั้นบรรยากาศของ
โลกอยู่แล้วนั้น มีประโยชน์ต่อสรรพชีวีต เพราะโอโซนจะทำหน้าที่เป็นตัวกรอง ทำหน้าที่ปกป้องรังสีอุลตราไวโอแลต นอกจากนั้นคุณสมบัติของการที่โอโซนสามารถฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ที่รุนแรงได้ ทำโอโซนถูกนำมาใช้ประโยชน์ในหลายมิติ โดยเฉพาะในภาคอุตสาหกรรม เพราะฉะนั้น วันนี้เราจะมาพูดถึงคุณสมบัติพิเศษที่ทำให้โอโซนเป็นสารที่มีบทบาทเด่นในภาคอุตสาหกรรมในปัจจุบัน
ก๊าซโอโซนเป็นรูปแบบที่แตกต่างกัน (allotrope) ของออกซิเจน ที่อุณหภูมิปกติจะมีสีฟ้า สามารถดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตในช่วงความยาวคลื่น 220-290 nm. โครงสร้างโมเลกุลของก๊าซโอโซนจะเปลี่ยนแปลงไปมาตลอดเวลาโดยมีมุมพันธะ หรือมุมระหว่างอะตอมเป็น 116.8° และมีความยาวพันธะ หรือระยะห่างระหว่างอะตอมโดยเฉลี่ย 1.278 ความสามารถในการละลายน้ำ 14 mmol/lit ที่อุณหภูมิ 20 ºC และก๊าซโอโซนยังสามารถละลายได้ สารละลายอินทรีย์หลายชนิดจึงมีคุณสมบัติเป็น Hydrophobic molecule ในการผลิตก๊าซโอโซนจากก๊าซออกซิเจนบริสุทธิ์อาจทำให้เกิดการระเบิดขึ้นได้ เมื่อสามารถผลิตก๊าซที่ความเข้มข้นสูงถึง 20% ซึ่งสามารถอธิบายโครงสร้างของโมเลกุลของก๊าซโอโซนในรูปของปรากฏการณ์เรโซแนนซ์
ก๊าซโอโซนสามารถทำปฏิกิริยากับสารได้หลายชนิด ซึ่งจะเป็นอันตรายต่อมนุษย์หากมีการสัมผัสในปริมาณสูงๆ แต่ก่อนที่จะเป็นอันตรายต่อมนุษย์นั้น ต้องได้กลิ่นของก๊าซก่อนที่จะเกิดอันตราย เนื่องจากความสามารถในการทำปฏิกิริยาและความไม่เสถียรของก๊าซโอโซนทำให้สามารถใช้ได้ที่แหล่งกำาเนิดเท่านั้น ไม่สามารถจัดเก็บหรือเคลื่อนย้ายไปยังสถานที่อื่นได้ สำหรับคุณสมบัติอื่นๆ ของก๊าซโอโซนแสดงให้เห็นในตารางที่ 1
ก๊าซโอโซนสามารถละลายได้ในสารหลายชนิด ในทางปฏิบัติจะพิจารณาถึงการละลายของก๊าซโอโซนในน้ำ ก๊าซโอโซนสามารถละลายในน้ำได้มากกว่าก๊าซออกซิเจนถึง 14 เท่า แต่จะอยู่ในรูปที่ไม่เสถียร ความคงตัวของก๊าซโอโซนในน้ำขึ้นอยู่กับความไวในการทำปฏิกิริยากับสารที่ปนเปื้อนอยู่ในน้ำ เช่น โลหะหนักที่มีประจุบวก และอ็อกไซด์ของโลหะ อุณหภูมิและความดัน โดยทั่วไปการเพิ่มขึ้นของความดันและการลดอุณหภูมิของน้ำลง จะมีผลทำาให้การละลายของก๊าซโอโซนในน้ำได้มากขึ้น ความสามารถในการละลายของก๊าซโอโซนในน้ำแสดงให้เห็นในตารางที่ 2 ซึ่งแสดงให้เห็นความสามารถในการละลายน้ำของก๊าซโอโซนที่ความเข้มข้น 100% ในน้ำบริสุทธิ์ในช่วงอุณหภูมิ 0-60 °C
ก๊าซโอโซนมีความว่องไวในการทำปฏิกิริยาเคมีทั้งในน้ำสารละลาย และในอากาศ ก๊าซโอโซนมีความสามารถในการับอิเล็กตรอนจากสารอื่นเพิ่มขึ้นมาได้อีก ทำให้เกิดปฏิกิริยารีดักชัน (Reduction) โดยตัวเองทำาหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ (Oxidizer) อย่างรุนแรง ในบรรดาตัวออกซิไดซ์ทางเคมีที่มีอยู่มากมายนับว่าโมเลกุลของก๊าซโอโซนมีความสามารถสูงสุดเป็นอันดับ 2 รองลงจากโมเลกุลของก๊าซฟลูออรีน (Fluorine) และเป็นอันดับ 4 ถ้านับรวมอนุมูลไฮดร็อกซิล (Hydroxyl Radical) และอะตอมเดี่ยวของออกซิเจน โดยก๊าซโอโซนจะมีค่าศักย์ไฟฟ้า (Oxidation Potential) 2.07 โวล์ท สูงกว่าก๊าซคลอรีน 1.52 เท่า ดังแสดงในตารางที่ 3
ก๊าซโอโซนสามารถเกิดปฏิกิริยาได้แบบใดแบบหนึ่งหรือทั้ง 2 แบบในน้ำา ซึ่งได้แก่
(1) โมเลกุลของโอโซนจะเข้าไปทำปฏิกิริยาโดยตรงกับสารประกอบต่างๆ ซึ่งเรียกปฏิกิริยานี้ว่า “Direct Reaction”
(2) Hydroxyl Free Radical ที่เกิดขึ้นเนื่องจากการสลายตัวของก๊าซโอโซนจะเข้าไปเกิดการออกซิไดซ์กับสารประกอบ ซึ่งเรียกปฏิกิริยานี้ว่า” Indirect Reaction” หรือ “Radical-Type Reaction”
การออกซิไดซ์ที่เกิดขึ้นทั้ง 2 วิธีจะแข่งขันกันเพื่อแย่งชิงสารประกอบไปเกิดการออกซิไดซ์ ซึ่งการเกิดออกซิไดซ์โดยตรง (Direct Oxidation) โดยโอโซนที่ละลายในน้ำค่อนข้างจะมีน้อย เมื่อเทียบกับการเกิดออกซิไดซ์โดย Hydroxyl free Radical แต่ความเข้มข้นของก๊าซโอโซนในน้ำนั้นค่อนข้างสูง ในกรณีของการเกิดการออกซิไดซ์โดย Hydroxyl Free Radical นั้นปฏิกิริยาการเกิดจะรวดเร็ว แต่ความเข้มข้นของ Hydroxyl Free Radical ภายใต้สภาวะปกติโดยทั่วไปความเข้มข้นของก๊าซโอโซนจะค่อนข้างน้อย
รูปบนซ้าย : Bacillus Subtilis ก่อนทำาปฏิกิริยากับโอโซน
รูปบนขวา : เริ่มต้นทำาปฏิกิริยากับโอโซน
รูปล่างซ้าย : ผนังเซลล์เริ่มแตก
รูปล่างขวา : ผนังเซลล์แตก เกิดการเสียน้ำาในเซลล์
1. แสดงรูปร่างของเซลล์ของแบคทีเรีย
2. โมเลกุลของโอโซนสัมผัสกับผนังเซลล์ของแบคทีเรีย
3. โอโซนผ่านเข้าไปยังผนังเซลล์ทำาให้เกิดช่องว่าในผนังเซลล์
4. ผลของโอโซนต่อผนังเซลล์
5. รูปร่างของแบคทีเรียหลังจากสัมผัสโอโซน
6. ผนังของแบคทีเรียแตกเนื่องจากโอโซน (cell lysing)
มีการศึกษาถึงการทำาปฏิกิริยาของก๊าซโอโซนกับเชื้อจุลินทรีย์หลายชนิดพบว่า ก๊าซโอโซนมีผลในการฆ่าเชื้อจุลินทรีย์และสามารถฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ได้ดีกว่าสารฆ่าเชื้อโรคบางชนิด เช่น ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2) เมื่อเปรียบเทียบกับคลอรีนซึ่งมีฤทธิ์ในการฆ่าเชื้อจุลินทรีย์เหมือนกัน พบว่าก๊าซโอโซนมีฤทธิ์ในการฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ได้ดีและรวดเร็วกว่าคลอรีน ดังนั้น ในการฆ่าเชื้อจุลินทรีย์โดยการใช้โอโซนจะใช้เวลาและความเข้มข้นของโอโซนน้อยกว่าคลอรีน ซึ่งสามารถอธิบายได้โดยกลไก (mechanism) ที่แตกต่างกัน จากการศึกษาพบว่าโอโซนจะไปอ็อกซิไดซ์ องค์ประกอบของผนังเซลล์ เช่น โปรตีน, กรดอะมิโน ทำาให้เกิดการแตกของผนังเซลล์ (ดังแสดงในรูปที่ 3 และ 4)
สำหรับปฏิกิริยาของคลอรีนในการฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ คลอรีนจะแพร่เข้าไปใน cell protoplasm ผ่านไปยังผนังเซลล์ และจะไปยับยั้งการทำงานของเอ็นไซม์ ทำาให้เชื้อจุลินทรีย์ตายในที่สุด นอกจากนี้เมื่อใช้คลอรีนในการฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ by-product ที่เกิดขึ้นเป็นสาร Halogen ซึ่งเป็นสารพิษที่เกิดจากการปนเปื้อนกับสารประกอบอินทรีย์ขึ้น เช่น ไดออกซิน (dioxin) ซึ่งตัวของโอโซนเองไม่สามารถฟอร์มตัวให้เกิดเป็น by-product ที่เป็นสารพิษเกิดขึ้น แต่อย่างไรก็ตามต้องระวังการเกิดปฏิกิริยาของโอโซนกับสารหลายชนิด ซึ่งอาจทำาให้เกิด peroxide และ bromate ซึ่ง bromate เกิดขึ้นระหว่างการฆ่าเชื้อจุลินทรีย์น้ำาเสียโดยใช้โอโซน
โดยทั่วไป gram-positive bacteria จะมีความทนทานต่อการทำลายของโอโซนได้ดีกว่า gram-negative bacteria เพราะคุณสมบัติที่แตกต่างกันของส่วนประกอบของผนังเซลล์ พบว่า gram-positive bacteria มีผนังเซลล์ที่หนากว่า และมีสารละลายที่เป็นองค์ประกอบของผนังเซลล์มากกว่า gram-negative bacteria นอกเหนือจากนั้นผนังเซลล์ของ gram-positive bacteria มีความทนทานต่อการออกซิไดซ์ของโอโซน เนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีของสารประกอบของผนังเซลล์ เมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์ของพืซและสปอร์ของเชื้อราที่มีขนาดของเซลล์ใหญ่กว่า จึงมีความทนทานต่อโอโซนมากกว่า บ่อยครั้งพบว่าผนังเซลล์ของเชื้อรามีโครงสร้างของโปรตีนหลายชั้น ซึ่งยังสามารถรวมเอาสารอนินทรีย์ (inorganic) เป็นองค์ประกอบของผนังเซลล์อีกด้วย
สนใจสอบถามเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์
www.domnickhunterrl.com
Tel. 02-678-2224 ext.346
ช่องทางดังนี้
✅Facebook: https://goo.gl/bZa4We
✅Youtube: https://goo.gl/8gvuS7✅Instagram: https://goo.gl/MQqkEq
✅Twitter: https://goo.gl/GmkUVb
✅Google+: https://goo.gl/me82hx
✅Line@: https://goo.gl/9Wen3g
Comments