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释氯化合物

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释氯化合物
市售含氯漂白水，其中的一个品牌
临床资料
其他名称释氯消毒剂、[1]氯基化合物、释氯漂白剂及氯基漂白剂
药物类别（英语：Drug class）消毒剂
ATC码

释氯化合物（英语：chlorine-releasing compounds），也称为氯基化合物（英语：chlorine base compounds），是描述某些用作消毒剂和漂白剂的含氯物质统称，包括有：次氯酸钠（漂白剂中活性成分）、氯胺、哈拉宗（英语：halazone）和二氯异氰尿酸钠。[2]这些化合物广泛用于水、医疗器械和表面区域的消毒以及布料等物质的漂白。它们的消毒效果会因有机物的存在而降低。[3]这些化合物以溶液或是粉末（在使用前与水混合）的形式存在。[2]

如果人体与此类化合物接触，副作用有皮肤不适和眼睛遭化学灼伤（英语：chemical burn）。[2]它们也会对接触器物造成腐蚀，使用后需用水冲洗。[3]此家族中的特定化合物有次氯酸钠、氯胺、哈拉宗、二氧化氯和二氯异氰尿酸钠，[2][4]可有效对抗多种微生物，包括细菌内生孢子在内。[4][3]

释氯化合物于1785年左右首次作漂白剂用途，[5]并于1915年开始作消毒剂使用。[6]这类化合物已被纳入世界卫生组织基本药物标准清单之中。[7]医疗和食品产业广泛用到这类化合物。[4]

用途

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氯基化合物通常以水溶液、粉末或片剂的形式制备，使用前与水混合。[2]施用后需要冲洗，以避免接触的金属遭到腐蚀和有机材料受到降解。[3]

消毒剂

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氯基化合物可有效对抗多种微生物，包括细菌内生孢子。[4][3]

使用所在如在有机物存在，会消耗化合物所释放的一些氯，而降低这些消毒剂的效果。[3]

漂白剂

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含氯漂白剂自18世纪末开始一直被用来漂白棉质和麻质纺织品，将天然纤维中的颜色、汗渍或其他有机残留物去除。这些化合物迄今仍然用于家庭洗衣和去除器物表面上的有机污渍（例如霉菌）。

天然材料的颜色通常来自有机色素，例如β-胡萝卜素。氯基化合物的作用是借由其强大的氧化能力去破坏构成颜料发色团的化学键，将这些分子变成一种不同的物质 - 或是不包含发色团，或是包含不吸收可见光的发色团。

氯基漂白剂用于多种制造工艺，包括木浆漂白（英语：bleaching of wood pulp）。

安全性

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释氯化合物在应用时如果不慎，会产生严重风险。估计英国家庭于2002年中约报告有3,300起由液体漂白剂引起的事故，造成伤者需住院治疗，而约有160起事故是由漂白粉所引起。[8]

化学灼伤

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释氯溶液，例如液体漂白剂和漂白粉溶液，会灼伤皮肤及造成眼睛伤害，[2]特别是浓缩的形式。然而，根据美国消防协会（NFPA）设定的标准，只有次氯酸钠含量（重量）超过40%的溶液被视为危险氧化剂。低于40%的溶液被归类为中度氧化剂（参考《液体和固体氧化剂储存规范》（Code for the Storage of Liquid and Solid Oxidizers）NFPA 430,（2000年））。

释氯作用

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将次氯酸盐漂白剂与酸混合，将会释放氯气。

氯气对人体呼吸道有刺激作用，它会攻击黏膜并灼伤皮肤。即使低至3.53ppm（百万分比）的浓度，其独特且刺激的气味也能被闻到，而到1,000ppm的浓度时，在甚短的时间就会夺人性命。美国职业安全卫生管理局（英语：Occupational Safety and Health Administration）（OSHA）将氯暴露量限制为0.5ppm（8小时时间加权平均值 - 每周38工时）。[8]考量运输和操作的安全因素，通常水处理采用的是次氯酸钠而非氯气。[9]

与其他产品反应

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释氯化合物会与醋或氨等常见家用化学物质发生反应，产生有毒气体。

将酸性清洁剂与次氯酸盐漂白剂混合会导致释放有毒氯气。次氯酸根阴离子和氯在水中处于平衡状态,平衡取决于pH值，pH值越低时，越容易产生氯气，[10]

Cl2 + H2O ⇌ 2H+ + Cl− + ClO−

次氯酸盐漂白剂可与过氧化氢发生剧烈反应并产生氧气：

H2O2(aq) + NaOCl (aq) → NaCl (aq) + H2O(l) + O2(g)

于2008年所做的一项研究显示几种家用清洁产品中含有的次氯酸钠会与有机化学物质（例如表面活性剂、香料）发生反应，生成氯化挥发性有机化合物 (VOC)。[11]这些氯化物在清洁过程中排放，其中一些具有毒性，可能是人类的致癌物质。研究显示在使用含有漂白剂的产品期间，室内空气中氯化物浓度显著增加（氯仿浓度为家庭基线水平的8-52倍，而四氯化碳浓度为1-1,170 倍）。其中使用普通漂白剂所增加的氯化VOC最低，而使用"粘稠液体和凝胶"形式产品的氯化VOC增加程度最高。室内空气中几种氯化VOC（尤其是四氯化碳和氯仿）浓度的显著增加显示出使用漂白剂可能是导致人们日常吸入这些化合物的重要来源。研究报告撰写者指出使用这些清洁产品可能会显著增加使用者罹患癌症的风险。[11]

液体漂白剂和漂白粉中的次氯酸盐可与氨反应，形成多种产物，如氯胺（NH2Cl），然后是二氯胺（NHCl2），最后是三氯化氮（NCl3）。胺或相关化合物和生物材料（例如尿液）会发生类似的反应。取决于温度、浓度以及其混合方式。[12][13]这些化合物对眼睛和肺部有很强的刺激性，且在超过一定浓度时会有毒性。例如，长期接触使用氯作为消毒剂的游泳池空气，可能会导致过敏性气喘发展。.[14]三氯化氮也是一种非常敏感的爆炸物。

腐蚀性

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释氯产品也可能导致许多材料发生腐蚀以及有色产品意外遭到漂白。[3]

释氯化合物中和剂

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硫代硫酸钠是一种有效的氯中和剂。用5毫克/升的溶液冲过，继而用肥皂和水清洗，可将手上的氯味去除。[15]

主要化合物

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此家族的特定化合物包括有：[2][4]

  • 次氯酸钠，NaOCl。这种释氯化合物是最常见的漂白和消毒用化合物。稀释的 (3–6%) 水溶液，（史上称为Eau de Labarraque（"拉巴拉克水"），由法国化学家及药剂师安托万·日耳曼·拉巴拉克（英语：Antoine Germain Labarraque）调配出供消毒用途），[16]作为家用清洁产品广受使用，名称为"液体漂白剂"或简称为"漂白剂"。浓度更高的溶液用于饮用水消毒，并在工业过程中用作漂白剂。一种更为稀释的溶液（最高0.5%）从1915年起一直被用来清洁和消毒伤口，其名称为 达金溶液（英语：Dakin's solution）。[16][17][18][2]
  • 次氯酸钙，Ca(OCl)2。[19]此产品被称为"漂白粉"或"氯化石灰"，用途与次氯酸钠的多数相同，但比次氯酸钠更稳定且含有更多的氯。通常以白色粉末形式销售，除含有次氯酸盐外，还含有氢氧化钙Ca(OH)2（"石灰"）和氯化钙CaCl2。[20]更纯净、更稳定的次氯酸钙称为HTH或高纯度次氯酸钙。次氯酸钙还可作为漂白片使用，含有次氯酸钙和防止片剂破碎的成分。据称更稳定的次氯酸钙和生石灰（氧化钙）混合物被称为"热带漂白剂"。[21]这些材料中的活性氯百分比范围从漂白粉的20%到HTH的70%不等。
  • 次氯酸钾，KOCl。这是第一种氯基漂白剂，于1785年左右上市，名称为Eau de Javel（"Javel水"）。目前已被更便宜的钠类似物取代，不再常用，。
  • 氯胺，NH2Cl。这种化学物质通常以稀水溶液的形式制备，当作氯和次氯酸钠的替代品，用于饮用水和游泳池消毒用。
  • 氯胺-T，或称甲苯磺酰氯酰胺钠盐，[(H3C)(C6H4)(SO2)(NH4Cl)]−Na+。此种固体化合物有片剂或粉末形式，可用于医疗机构对表面、设备和仪器进行消毒。[2]
  • 二氯异氰尿酸钠 [((ClN)(CO))2(NCO)]−Na+。这种固体化合物以片剂形式提供，是广泛使用的消毒剂，对饮用水、游泳池、餐具、农业设施和空气进行消毒，并用作工业除臭剂。也用于纺织品漂白。[2]
  • 哈拉宗，或称4-((二氯氨基)磺酰基)苯甲酸，(HOOC)(C6H4)(SO2)(NCl2)。这种化合物曾一度用于田野饮用水消毒，但目前已大部分被二氯异氰尿酸钠取代。[2]
  • 二氧化氯，ClO2。[22]这是一种不稳定的气体，通常就地制备或以稀水溶液形式储存。此化合物虽然有些限制因素，仍大规模应用于木浆、脂肪和油、纤维素、面粉、纺织品、蜂蜡、皮肤和许多产业的漂白。它也被用于氯化自来水。

作用机转

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氯是一种高反应性的元素，可以很容易形成新的化学键。它的特征反应之一是加成到双键上，特别是芳香环中的双键。这个过程称为亲电加成反应，并导致氯化有机化合物- 例如氯苯、氯代烷和氯苯酚的形成（参见卤化）。

普通的家庭用漂白剂，次氯酸钠（NaClO），通过称为氧化还原反应的化学过程作用于污渍。氧化通常被定义为失去电子，而还原被定义为获得电子。氧化和还原两个过程一起发生。因此，一种化合物在氧化另一种化合物的过程中被还原。氯漂白剂是氧化剂，当氯与水反应时，它会产生盐酸和原子氧。氧很容易与发色团反应，从分子中夺取电子，破坏产生颜色的分子结构，使其褪色。[23]

氯能与多种分子反应性是其广泛抗菌作用的原因，它可破坏许多蛋白质和其他对微生物新陈代谢非常重要的化学物质，或使其变性。[24]

游离氯

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释氯溶液的强度及其在水氯化和泳池消毒等用途中的用量通常以"游离氯"(即"有效氯"）的质量浓度来表示。所谓的"有效氯"是指相当于特定质量或体积的液体中所含产品的氧化能力的氯气质量。浓度可以用克/升（g/L）、毫克/升（mg/L）或百万分之一（ppm）来表示。因此，例如"15 mg/L的有效氯"表示一公升液体中所含能产生氧化作用的物质具有与15毫克氯相同的氧化能力。[25][26]

历史

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瑞典化学家卡尔·威廉·舍勒于1774年发现氯，[27]法国科学家克洛德·贝托莱于1785年发现氯可用于漂白纺织品。贝托莱还发现次氯酸钾，此释氯化合物成为第一个商业漂白产品，以在巴黎的生产所在Javel取名名为Eau de Javel（"Javel水"）。

苏格兰化学家和实业家查尔士·铁南特（英语：Charles Tennant）于1798年提出以次氯酸钙溶液替代Javel水，并于1799年取得相关漂白粉的专利（一种含有次氯酸钙的固体产品）。[27]

1820年左右，法国化学家安托万·日耳曼·拉巴拉克发现次氯酸盐具有消毒能力，并将此更便宜的次氯酸钠溶液推广到世界各处（称为Eau de Labarraque（"拉巴拉克水"））。[28]由于次氯酸钠溶液受到广泛使用，大幅改善医疗工作、公共卫生、医院、屠宰场和所有涉及动物产品行业的卫生条件 - 比法国微生物学家路易·巴斯德和其他人建立疾病细菌说早了几十年。特别是这类化合物导致自来水几乎全数氯化的做法，而防止伤寒和霍乱等疾病的传播。[29][6]

在第一次世界大战期间的1915年，于法国野战医院工作的英国化学家亨利·D·达金（英语：Henry Drysdale Dakin）对用于消毒伤口和预防败血症的化合物进行广泛的研究，发现氯胺是最佳选择，但出于成本和取得性的原因，最终选择的是稀释次氯酸钠溶液（至今仍在使用，名称为"达金溶液"）。[18][16]

参见

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参考文献

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