Способ определения химической стабильности по скорости распространения окисления органических жидкостей

Изобретение относится к области методов определения показателей жидкостей, характеризующих степень их химической стабильности для использования в течение срока годности.

Способы, которые могут быть рассмотрены в качестве прототипов, для определения химической стабильности, основываются на методах «ускоренного старения» (ускоренное испытание на окисление), описанных в ГОСТ 31758-2012, ISO 6886:2016; ГОСТ 22054-76; ГОСТ 4039-88, RU 2391661, когда вещество испытывает воздействие высокой температуры (100°С и более) и кислорода. При указанной высокой температуре кинетические механизмы реакций, отвечающие за общую искусственно вызываемую деградацию веществ, могут не соответствовать химическим реакциям, участвующим в деградации вещества при обычных условиях до его применения. Кроме других недостатков, как описано в изобретении RU 2391661, указанные методы определения химической стабильности зависят от химических реакций, проходящих в газовой фазе испытательного объема. Но в реальных условиях применения рассматриваемых веществ деградация протекает в жидкой фазе. Увеличение давления кислорода в испытательных объемах («бомбах») до 800 кПа при тех же высоких температурах (более 100°С) не останавливает реакции окисления в газовой среде «бомб» по способу, принятому в изобретении RU 2391661, так как устранение кипения не останавливает испарение вещества с последующим окислением в газовом объеме. Кроме того, биохимические агенты (бактерии, споры, грибы), находящиеся в жидкостях при обычных условиях, уничтожаются при высокой температуре в вышеуказанных методах ускоренного испытания на окисление и не учитываются при оценке химической стабильности жидкостей, что следует делать для обычной среды.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в способе определения химической стабильности по скорости распространения окисления органической жидкости при обычных условиях (комнатная температура, атмосферное давление), происходящего в жидкой фазе, обусловленного теми же химическими реакциями, которые протекают при деградации вещества до его прямого применения, и учитывающего участие биохимических реакций, неизбежных при наличии естественного фона микроорганизмов в среде, где используется органическое вещество.

При обычных условиях (комнатная температура, атмосферное давление) окисление органических веществ характеризуется скоростью распространения зоны окисления от наиболее нестабильных участков (более нагретых или содержащих большую концентрацию активных веществ) в остальные объемы вещества. При контакте жидкости с кислородом распространение неполного окисления сопровождается появлением, кроме других продуктов окисления, в первую очередь пероксидных соединений. Скорость распространения υ зоны окисления регистрируется с помощью спектральных методов (в диапазоне 3400-3600 см^-1 характеристических частот функциональной группы О-Н, отвечающих валентным колебаниям, не связанным водородными связями), химических (определение количества пероксидных молекул с группой -O-O-) и других. Скорость распространения зоны, содержащей пероксидные соединения, характеризует химическую стабильность окисляемого (деградируемого) вещества: чем меньше скорость распространения зоны неполного окисления, тем вещество химически более стабильно. Согласно предлагаемой заявке химическая стабильность определяется по измеренной скорости распространения зоны окисления вещества, содержащей пероксидные соединения. Для измерения скорости распространения окисления проба неокисленного свежего вещества при комнатной температуре (18-23°C) помещается в открытую для воздуха (при атмосферном давлении) кювету длины l. С одного края кюветы жидкость подвергается нагреву или воздействию активных инициаторов для появления пероксидных соединений, вызывающих распространение окисления по длине кюветы с веществом. Скорость υ распространения окисления вещества измеряется по времени t образования пероксидных соединений в другой части кюветы, удаленной на l от зоны инициирования окисления: υ=l/t. По величине скорости υ распространения окисления жидкого вещества устанавливается величина химической стабильности вещества.

Химическая стабильность вещества, определяющая срок хранения вещества, характеризуется скоростью распространения υ зоны окисления по объему вещества. Чем быстрее распространяется зона окисления (чем больше скорость распространения окисления), тем анализируемое вещество химически менее стабильно.

Сопоставление кинетических уравнений реакций окисления органических жидкостей, приведенных в работах (Роль среды в радикально-цепных реакциях окисления органических соединений / Н.М. Эмануэль, Г.Е. Заиков, З.К. Майзус. - М.: Изд. Наука, 1973; Курс химической кинетики / Н.М. Эмануэль, Д.Г. Кнорре. - М.: Высш. шк., 1984), и уравнений Колмогорова А.Н. с сотр. (Исследование уравнения диффузии, соединенной с возрастанием количества вещества, и его применение к одной биологической проблеме / А.Н. Колмогоров, И.Г. Петровский, Н.С. Пискунов // Публ. из Бюл. МГУ (1937, сер. А, №6) в кн. Теория горения и взрыва. Отв. ред. Ю.В. Фролов. - М.: Изд. Наука, 1981. - С. 213-242.) приводит к решению о распространении реакции в виде устойчивого фронта - профиля концентрации продуктов окисления. Решение для однородных начальных условий, как получили Колмогоров А.Н. с сотр., показывает, что область продукта реакции распространяется с установившейся в пространстве формой кривой концентрации (фронт реакции окисления). Из выводов задачи о кривой распределения концентрации продукта выхода радикально-цепной реакции по Колмогорову А.Н следует, что окисление должно распространяться по объему органической жидкости с предельной скоростью υ, определяемой по перемещению зоны появления промежуточных веществ (пероксидных соединений). Причем скорость распространения окисления υ пропорциональна константе скорости окисления, что позволяет производить оценку химической стабильности вещества при обычных комнатных условиях.