Masarykova univerzita. Přírodovědecká fakulta. Ústav chemie. Bakalářská práce

Masarykova univerzita Přírodovědecká fakulta Ústav chemie

Bakalářská práce

Brno 2012

Marek Weinštuk

Masarykova Univerzita Přírodovědecká fakulta

Bakalářská práce na téma:

Chování sloučenin boru ve výbojovém plazmatu

Autor: Marek Weinštuk Vedoucí práce: RNDr. Milan Alberti, CSc. Katedra anorganické chemie PřF MU

Brno 2012

Bibliografický záznam

Bibliografický záznam Autor Název práce Studijní program Studijní obor Vedoucí práce Akademický rok Počet stran Klíčová slova

Marek Weinštuk, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita, Katedra anorganické chemie Chování sloučenin boru ve výbojovém plazmatu Chemie Chemie RNDr. Milan Alberti, CSc. 2011/2012 57 Bor, sloučeniny boru, plazma, antibakteriální účinky, fagocytóza

Bibliographic entry Author Title of Thesis Degree Programme Field of Study Supervisor Academic Year Number of Pages Keywords

Marek Weinštuk, Faculty of Science, Masaryk University, Department of Inorganic Chemistry Behavior of Boron Compounds in Discharge plasma Chemistry Chemistry RNDr. Milan Alberti, CSc. 2011/2012 57 Boron, Boron Compounds, Plasma, Antibacterial Effect, Phagocytosis

Abstrakt V této práci jsou zkoumány sloučeniny boru. Konkrétně je zde zkoumána syntéza peroxoboritanu sodného a kyseliny peroxoborité. Pomocí analytických metod navíc bylo ověřováno, zda syntéza těchto látek byla úspěšná. Dále byla pozorována schopnost boraxu a peroxoboritanu sodného hubit bakterie a inhibovat fagocytózu. Cílem práce bylo zjištění, jak se změní vlastnosti výše uvedených boraxu a peroxoboritanu sodného po úpravě pomocí výbojového plazmatu.

Abstract This paper examines boron compounds, specifically the synthesis of sodium perborate and peroxoboric acid. With the help of analytical methods it was examined that the synthesi sof these compounds was succesful. Furthermore the ability to kill bacteria and inhibite phagocytosis of sodium perborate and sodium borate was observed. The target of this work was to find out, how the discharge plasma change the properties of sodium borate and sodium perborate.

Poděkování Na tomto místě bych rád poděkoval všem, kteří mě podpořili v psaní bakalářské práce, jmenovitě mé rodině, která mi umožnila ideální podmínky a vybavení pro psaní této práce, dále pracovníkům Ústavu chemie, fyziky a biologie za pomoc s odbornými otázkami a za poskytnutí přístrojů a chemikálií. V neposlední řadě bych rád poděkoval Kateřině Odstrčilové za výraznou psychickou podporu.

Prohlášení Prohlašuji, že jsem svoji bakalářskou práci vypracoval samostatně s využitím informačních zdrojů, které jsou v práci citovány.

Brno, 3.9.2012

………………………………….. Jméno a přijmení

Obsah Teoretická část 1. Chemie boru a jeho zařazení do periodického systému

16

2. Bor ve sloučeninách

17

2.1. Binární sloučeniny boru s vodíkem

17

2.1.1.

Borany

17

2.1.2.

Tetrahydridoboritanový ion

18

2.2. Binární sloučeniny boru s halogeny

19

2.2.1.

Halogenidy borité

19

2.2.2.

Ostatní halogenidy boru

19

2.3. Binární sloučeniny boru s kovy (boridy)

20

2.4. Sloučeniny boru s dusíkem

21

2.4.1.

Nitrid boritý

21

2.4.2.

Borazany

22

2.5. Vybrané kyslíkaté sloučeniny boru

23

2.5.1.

Kyselina trihydrogenboritá

23

2.5.2.

Kyseliny boronové

24

2.5.3.

Peroxosloučeniny boru

24

2.5.4.

Tris(trifluoromethansulfonát) boritý

25

2.6. Sloučeniny s vazbou bor- uhlík

25

2.6.1.

Karborany

25

2.6.2.

Organoborany

26

3. Využití některých sloučenin boru

26

3.1. Kyselina boritá a její soli

26

3.2. Peroxoboritan sodný

27

3.3. Fluorid boritý

27

3.4. Tetrahydridoboritanový anion

27 13

3.5. Tris(trifluoromethansulfonát) boritý

28

3.6. Fenolformaldehydové pryskyřice s příměsí kyseliny borité

29

3.7. Syntetické aminokyseliny s borem v molekule

29

4. Úvod do fyziky plazmatu

31

4.1. Definice a rozdělení plazmatu

31

4.2. Vlastnosti plazmatu

31

4.3. Generace plazmatu (Zapalování výboje- elektronová lavina)

33

5. Aplikace plazmatu

33

5.1. Zdroj světla

33

5.2. Elektrické odlučování prachu a nanášení barev pomocí plazmatu

33

5.3. Sváření a řezání elektrickým obloukem v plazmatu

34

5.4. Plazmochemie

34

5.4.1.

Ochranné vrstvy

35

5.4.2.

Povrchová modifikace materiálů z polymerů

36

5.4.3.

Plazmochemická úprava povrchů materiálů z polymerů

36

Experimentální část 6. Princip a očekávání

37

7. Použité chemikálie

37

8. Použité bakterie

38

9. Fagocytóza

38

10. Syntéza látek

39

10.1.

Syntéza peroxoboritanu sodného

39

10.2.

Syntéza kyseliny peroxoborité

40

11. Použité metody a přístroje

40

11.1.

Infračervená spektrometrie

40

11.2.

ICP- AES

40

11.3.

Termogravimetrie

40

11.4.

Vnášení látek do plazmatu

40 14

11.5.

Měření antibakteriálních účinků a inhibice fagocytózy

12. Výsledky a diskuse

42 43

12.1.

Analýzy peroxoboritanu sodného

43

12.2.

Analýza kyseliny peroxoborité

44

12.3.

Antibakteriální účinky sloučenin boru

46

12.4.

Antibakteriální účinky sloučenin boru ošetřených plazmatem

49

12.5.

Inhibice fagocytózy

52

13. Závěr

54

Seznam zkratek

55

Příloha č. 1: IR spektrum peroxoboritanu sodného

56

Použitá literatura

57

15

Teoretická část 1. Chemie boru a jeho zařazení do periodického systému1 Bor patří v periodické soustavě prvků do 13. skupiny (dříve III. A skupina) spolu s hliníkem, galliem, indiem a thalliem. Jediný bor je nekov, zbylé prvky jsou kovy. Hliník je nejrozšířenějším kovem v zemské kůře (8,3 hm. %), naproti tomu bor a lehčí prvky (lithium a beryllium) se vyskytují v menším množství. Bor se v zemské kůře vyskytuje v 6 hm. ppm2, to je důkaz toho, že nukleosyntéza u lehčích prvků probíhá obtížněji. Ga, In, Tl se vyskytují v nižších koncentracích, protože jaderná stabilita prvků nacházejících se v PS za železem klesá. Bor se v přírodě vyskytuje jako borax Na2B4O5(OH)4.8H2O a kernit Na2B4O5(OH)4.2H2O, ze kterých se také získává. Hliník je obsažen zejména v bauxitu, ostatní prvky se vyskytují v minerálech jako příměsi nebo nečistoty. Tabulka č. 1: Důležité vlastnosti prvků 13. skupiny PS Prvek B 80 Kovalentní poloměr (pm) Kovový poloměr (pm) 27 Iontový poloměr M3+ (pm) 2300 Teplota tání (°C) 3930 Teplota varu (°C) 799 1. Ionizační energie (kJ.mol-1) 2427 2. ionizační energie (kJ.mol-1) 3660 3. ionizační energie (kJ.mol-1) 26,7 Elektronová afinita (kJ.mol-1) 2,0 Elektronegativita podle Paulinga Standardní elektrodový potenciál E0 (M3+,M) (V) -0,89

Al Ga In 125 125 150 143 141 166 53 62 94 660 30 157 2490 2400 2000 577 577 556 1817 1979 1821 2745 2963 2704 42,5 28,9 28,9 1,6 1,8 1,8 -168 -0,53 -0,34

Tl 155 171 98 304 1460 590 1971 2878 2,0 1,26

Na základě vlastností uvedených v Tabulce č. 1 vidíme jisté anomálie, např. to, že kovalentní poloměr hliníku a gallia jsou stejné nebo iontový poloměr gallia je menší, než iontový poloměr hliníku. Zcela odlišné vlastnosti od ostatních prvků skupiny má bor, který se více podobá křemíku (diagonální podobnost) v tom, že oba tvoří kyselinotvorné oxidy, polymerní materiály, skla a plynné hořlavé hydridy. Bor jako prvek tvoří několik allotropických modifikací (Obrázek č. 1) a to amorfní nebo krystalické modifikace α, β, γ a T, kde α a β krystalují v trigonální soustavě, γ v kosočtverečné soustavě a T ve čtverečné soustavě. V krystalových soustavách β a γ se opakuje motiv dvacetistěnu (ikosaedru), který je důležitým motivem v celé chemii boru.

Obrázek č. 1: Allotropy boru (zleva α, β, γ) 16

2. Bor ve sloučeninách 2.1. Binární sloučeniny boru s vodíkem 2.1.1. Borany Borany jsou skupina sloučenin boru s vodíkem obecného vzorce BmHn. Nejjednodušším boranem je diboran B2H6, kde jsou dvě molekuly BH3 spojené elektronově deficitními vazbami. Jeho elektronová struktura je znázorněna na Obrázku č. 2.

Obrázek č.2: Rozmístění elektronů v diboranu Všechny borany hoří charakteristickým zeleným plamenem a většina je samozápalná a výbušná při kontaktu se vzduchem. Velká část známých boranů však tvoří sloučeniny klecovitého tvaru, tzv. klastry. Mohou se dělit různými způsoby: podle náboje (neutrální, aniontové), podle tvaru klastru (closo-, nido- , arachno- a hypho-) nebo podle počtu atomů boru. Closo-borany mají obecný vzorec [BnHn]2-, kde n je 5-12, nido-borany mají vzorec BnHn+4, arachno-borany BnHn+6 a hyphoborany BnHn+8. Byly syntetizovány také další sferické klastry (BH)n, kde n= 20, 32, 42 a 92. Atomy boru v těchto klastrech tvoří kouli a atomy vodíku jsou na kouli vázány jako ostny. Toto uspořádání vodíkových atomů navíc zvyšuje stabilitu klastrů. Nejstabilnějším klastrem je (BH)32. Diboran se připravuje reakcí halogenidu boru s Li[BH4], příp. s Li[AlH4] v etheru (Rovnice č. 1):

Reakci je možné také provádět místo Li[BH]4 s LiH nebo NaH. Je nutné, aby reakce byla prováděna za nepřístupu vzduchu, protože diboran na vzduchu hoří. Za teploty okolí diboran polymerizuje za vzniku vyšších hydridů boru a žluté polymerní sraženiny. Všechny borany jsou bezbarvé a diamagnetické. Borany se mohou vyskytovat ve všech skupenstvích, např. diboran je plyn, B5H9 kapalina a B10H14 a B4H10 jsou pevné látky. Lehčí borany reagují s kyslíkem (Rovnice č. 2) a s vodou (Rovnice č. 3). Vodík vzniklý při reakci s vodou je kombinace hydridového aniontu z diboranu a vodíkového kationtu z vody.

Diboran a lehčí borany se také štěpí reakcemi s Lewisovými bázemi, a to buď symetricky (Rovnice č. 4) nebo antisymetricky (Rovnice č. 5). K antisymetrickému štěpení dochází, jestliže je diboran atakován silnou Lewisovou bází bez sterických zábran. 17

H

H

B

B H

H

H

H

H

H B

B H

H

CH3

H

H

+

2 H3C

H

N

2 CH3

H H

+

2 NH3

B

H

H

+

B

H

CH3

Rovnice č. 4

H3N

H -

CH3 CH3 N

H3N

H +

B

H

Rovnice č. 5

2.1.2 Tetrahydridoboritanový ion Diboran vytváří s hydridy alkalických kovů komplexní sůl obsahující tetrahydridoboritanový anion BH4-. Kvůli citlivosti diboranu na vodu a na vzduch se provádí reakce v nevodném rozpouštědle (např. polyetheru s krátkým řetězcem) a za nepřístupu vzduchu (Rovnice č. 6)

Tetrahydridoboritanový anion je izoelektronický s CH4 nebo s NH4+, přestože v každé sloučenině má atom vodíku jiný charakter. Tetrahydridoboritany alkalických kovů jsou velmi důležité laboratorní i komerční reagenty. Používají se jako slabý zdroj aniontů H-, jako redukční činidla, jako prekurzory pro hydridy boru a na skladování vodíku. Většina reakcí je prováděna v nevodných rozpouštědlech, např. Na[BH4] v THF se používá k redukci aldehydů a ketonů na alkoholy. Přestože je anion BH4- termodynamicky nestálý vůči hydrolýze a reakce jsou pomalé při pH 8 a vyšším, našel uplatnění i při syntéze ve vodě, např. při syntéze germanu (Rovnice č. 7).

Vodný roztok BH4- může sloužit také jako jednoduché redukční činidlo iontů kovů na kovy. V nevodném roztoku ho lze využít k zavedení hydridového ligandu do komplexů 4d a 5d prvků, pokud jsou v jejich molekulách přítomny další stabilizující ligandy (Rovnice č. 8).

Rovnice č. 8 Předpokládá se, že reakce probíhá přes přechodný komplex s BH4-. Toto tvrzení dokazuje také skutečnost, že BH4- tvoří stabilní komplexy s velmi elektropozitivními kovy. Příkladem takových komplexů jsou Al(BH4)3 a Zr(BH4)4 (Obrázek č. 3). Obrázek č. 3: Al(BH4)3 (vlevo), Zr(BH4)4 (vpravo)

18

2.2. Binární sloučeniny boru s halogeny 2.2.1. Halogenidy borité Halogenidy borité jsou sloučeniny boru v oxidačním stupni +III s halogeny. Jsou to planární molekuly ve tvaru rovnostranného trojúhelníku. Na rozdíl od halogenidů ostatních prvků 13. skupiny jsou halogenidy borité monomerní ve všech třech skupenstvích, protože elektronová deficience atomu boru je částečně potlačena tvorbou π vazeb s nevazebnými elektronovými páry. Vazba B-F je jedna z nejsilnějších vazeb vůbec (disociační entalpie je 594 kJ.mol-1). Síla Lewisovy acidity klesá v pořadí: BF3 < BCl3 ≤ BBr3. Všechny halogenidy borité kromě BI3 mohou být připraveny přímou syntézou. Tato metoda se však nepoužívá. Chloridy, bromidy a jodidy borité se hydrolyzují vodou (Rovnice č. 9).

Předpokládaný mechanismus spočívá v tom, že se nejprve vytvoří komplex Cl3B-OH2 a poté se eliminuje HCl. Tento krok se celkem 3x opakuje. Tetrafluoroboritanový anion je používán v preparativní chemii, BCl4- a BBr4- je možné připravit, ale ionty velmi snadno solvatují. Halogenidy borité se používají k přípravě trialkyl- nebo triarylboru reakcí s Grignardovým činidlem. Reakce se provádějí v etherickém roztoku (Rovnice č. 10).

Při přebytku Grignardova činidla nebo organolithia vznikají tetraalkyl nebo tetraarylboritany podle Rovnice č.11.

2.2.2. Ostatní halogenidy boru Kromě klasických halogenidů boritých byly připraveny také halogenidy s vazbou bor-bor. Nejznámější mají vzorce B2X4 (X=F, Cl, Br, OR, NR2, alkyl, aryl) nebo B4Cl4. Tyto halogenidy jsou nestálé už při teplotě okolí, jejich stabilita se však dá zvýšit, použijeme- li jako X objemný substituent, např. terc-butyl. B2Cl4 lze připravit působením elektrického výboje na BCl3 za přítomnosti par rtuti, která se slučuje s uvolněnými atomy chloru. Sumárně je možné reakci zapsat pomocí Rovnice č. 12. B4Cl4 vzniká jako vedlejší produkt této reakce.

Obrázek č. 4: Zleva B2Cl4 v pevném stavu, B2Cl4 v kapalném stavu, B4Cl4

19

2.3. Binární sloučeniny boru s kovy (boridy) Jsou známy stovky sloučenin typu MxBy, kde s rostoucím číslem y roste i počet vazeb B-B. Ze strukturních motivů se vyskytují volné atomy boru (a), fragmenty řetězců (b), jednoduché (c) i větvené (d) řetězce, hexagonální řetězce (e) i 3 dimenzionální sítě (f) (Obrázek č. 6). Většina boridů kovů má vynikající vlastnosti, jako např. vysoká teplota tání, vysoká tvrdost, odolnost proti opotřebování, chemická inertnost, u některých boridů i supravodivost. Tabulka č. 2 ukazuje, jaké strukturní motivy se vyskytují v některých sloučeninách. Obrázek č. 5: Strukturní motivy v B B B B B B B boridech B B B B B B B B B

B

B

B

B

B

B B B B

B

B

B

B B B

B

B

B

b

c

B

B

B

B

B

B B

B M

B M

B

B B

B

B

B B

M

M B

B

B B

B

B

d

B

M

B

M B

B B

B

B

B

B

B

a

B

B

B M

B

B

B B

B

B

B

B

B

e

f

Tabulka č. 2: Strukturní motivy vyskytující se ve sloučeninách boru Vzorec Příklad Řetězení boru a obrázek určující strukturu Mn4B, Cr4B M4B Ni3B, Co3B M3B Pd5B2 Samostatné atomy boru (a) M5B2 M7B3 Ru7B3, Re7B3 Be2B, Ta2B M2B V3B2, Nb3B2 B2 páry (b) M3B2 FeB, CoB Jednoduché řetězce (c) MB Ru11B8 Rozvětvené řetězce (d) M11B8 Dvojité řetězce (e) M3B4 Ta3B4, Cr3B4 MgB2, AlB2 Hexagonální síť (f) MB2 LaB4, ThB4 B6 oktaedry a B2 MB4 CaB6 B6 oktaedry MB6 YB12, ZrB12 B12 kuboktaedr MB12 NaB15 B12 ikosaedr a jednotka B3 MB15 YB66 B12 podmnožina (B12)12 MB66 Nejvýznamnějšími zástupci binárních sloučenin boru s kovem jsou MgB2 a skupina sloučenin YBn. V roce 2001 byla objevena skutečnost3, že se diborid hořčíku chová jako supravodič při T= 39 K a jeho fyzikální vlastnosti jsou podobné Nb3Sn, který je používán v silných magnetech pro NMR spektrometry. Diborid hořčíku krystalizuje v hexagonální soustavě se stranami a= 308,6 a c= 352,4 pm. Strukturu krystalu znázorňuje Obrázek č. 7. Atomy hořčíku jsou uspořádány ve vrstvách blízko sebe a atomy boru tvoří vrstvu jako u grafitu s délkou vazby B-B a/√3= 178,2 pm. Ve výsledku je v krystalové struktuře každý atom boru umístěn v Mg6 trigonálním prizmatu a každý atom hořčíku je sandwichován mezi dvěma planárními šestiúhelníky z atomů boru, které tvoří B12 hexagonální prizma. AlB2 má tu samou krystalovou strukturu s délkou vazby B-B 175 pm.

20

Obrázek č. 6: MgB2 Sloučeniny boru s yttriem jsem významné v tom, že yttrium tvoří s borem sloučeniny s vysokým obsahem boru, jako jsou např. YB25 a YB66. Sloučenina YB66 krystalizuje pozoruhodným způsobem, kde je centrální ikosaedr B12 obklopen dalšími 12 ikosaedry (Obrázek č. 8) (vzdálenost vazeb v ikosaedru je 171,9- 185,5 pm a vzdálenost mezi ikosaedry je 162,4- 182,3 pm). Atom yttria je koordinován dvanácti atomy boru, které patří do čtyř ikosaedrálních stěn a více, než 8 atomy, které jsou umístěny uvnitř dutin.

Obrázek č. 7: YB66

Obrázek č. 8: Jednotka (B12)12B12

2.4. Sloučeniny boru s dusíkem 2.4.1. Nitrid boritý4 Je to termodynamicky velmi stabilní látka s vynikajícími vlastnostmi. Je stabilní do teploty 2730 °C, dobrý elektrický izolant, tepelný vodič, odolný proti teplotnímu šoku a chemicky inertní. Tradiční metoda přípravy je reakce močoviny s kyselinou boritou v amoniaku při teplotě 750 °C. Při této syntéze vzniká jako produkt hexagonální nitrid boritý se strukturou podobnou grafitu. Vzdálenost B a N ve vrstvě je 145 pm a vzdálenost mezi vrstvami je 333 pm. Rozdíl mezi grafitem a nitridem boru nalezneme v tom, že v nitridu boru jsou sousední vrstvy spojeny. Při teplotě 1800 °C a při tlaku 8,6 GPa přechází hexagonální forma na kubickou, byly však už popsány alternativní cesty přípravy. Kubická forma BN má podobu blízkou diamantu. Vzhledem k tomu, že má i srovnatelnou tvrdost s diamantem, používá se jako brusný materiál. V současné době se používá jako výchozí látka na přípravu nitridu boritého borazan. Pyrolýzou borazanu vzniká zmíněný nitrid boritý, jako vedlejší produkty vznikají analogy naftalenu a bifenylu (viz Rovnice č. 13).

21

H H

H

N

H

B

70 °C

B

N

N

H

B

H

-H2

H

B N

N

1000 °C

H

B

B

H

N

H

H N

B

B N

H

B N

H

H

-H2 x

NH2 SiMe3

H2N

B N

N

B

B N

NH2 SiMe3

NH2

B

N

250 °C

B

-Me3SiNH2

N

N

N

B

B N

-Me3SiNH2

B

SiMe3

N

NH3 (950 °C)

B

SiMe3

x x

Cl H

B N B

Cl

H N Cl

-(Me3Si)Cl

B

900 °C

N

N

N

N

B

B

B NH

H

H

B

H N

B N

HN

(Me3Si)2NH -78 do 25 °C

B N

NH

H x

x

Rovnice č. 13: Několik možných příprav hexagonálního nitridu boritého Nevýhoda je, že borazan je velmi těkavý a navíc musí být zajištěn odtah vznikajícího vodíku. Existuje však několik způsobů, jak pohodlně vyrobit nitrid boritý. Ve Sneddonově reakci4 lze látku připravit tak, že se adiční polymerizací připraví polymer s pentaboranem na postranním řetězci. Za působení amoniaku vznikne z pentaboranu borazan naftalenového typu. Při pyrolýze za 1000 °C vzniká nitrid boritý. (viz Rovnice č. 14) H N HB

B

HN

H

B 5H8 H

H

H

B 5H8

H

n

NH3

BH

N B

H

H N

H

NH B H

1000 °C BN

H

H n

Rovnice č. 14

2.4.2. Borazany Jsou nejznámější nenasycené sloučeniny boru s dusíkem, které jsou izoelektronické a izostrukturní s benzenem. Navzdory velké strukturní podobnosti jsou si benzen a borazan velmi málo podobné. Je to důsledkem velkého rozdílu elektronegativit boru a dusíku. V borazanech jsou elektronové páry koncentrovány spíše u atomů dusíku a na atomu boru je částečný kladný náboj. To odkrývá atomy boru elektrofilnímu ataku. Další příklad rozdílnosti borazanu a benzenu je ten, že může 22

dojít k přímé adici kyseliny chlorovodíkové na borazanový kruh za vzniku trichlorcyklohexanového analogu (Rovnice č. 15). H H

3 HCl

N

B H

H

B N

H

B N

H

H

Cl H

H

B N H N H H B B Cl N Cl H H H

Rovnice č. 15

Elektrofil H+ atakuje parciální záporný náboj na dusíku a nukleofil Cl- atakuje částečný kladný náboj boru. Jedna z možností výroby borazanu je přímá syntéza amoniaku a diboranu, jak popisuje Rovnice č. 16. Podle volby reaktantů můžeme připravit různě substituované borazany. Např. použijeme-li chlorid alkylamonný místo amoniaku, vznikne N-alkylborazan, použijeme-li chlorid boritý, dostaneme trichlorborazan (viz Rovnice č. 17), atd. Za zvýšené teploty borazan polymerizuje za vzniku analogů polyfenylů a kondenzovaných cyklů. Cl

t 3 NH4Cl

+

H

3 BCl3 Cl

H

B N

N

B

B N H

+

9 HCl

Cl

Rovnice č. 17

2.5. Vybrané kyslíkaté sloučeniny boru 2.5.1. Kyselina trihydrogenboritá Kyselina boritá v přírodě existuje volná jako minerál sassolin v solných inkrustách nebo ve formě sodné, vápenaté nebo hořečnaté soli. Krystalická vytváří bezbarvé destičky s perlovým leskem. Je rozpustná ve vodě a vodný roztok je slabý vodič elektřiny. Při zahřívání na 100 °C ztrácí kyselina boritá jednu molekulu vody a mění se na kyselinu metaboritou HBO2. Při zahřívání na 160 °C vzniká kyselina pyroboritá H2B4O7. Při dalším zahřívání ztrácí kyselina veškerou svoji vodu a mění se na oxid boritý. Kyselina boritá je velmi slabou Brønstedovou kyselinou ve vodném roztoku, rovnováhy jsou však komplikovanější než u jiných kyselin (viz Rovnice č. 18).

Za přítomnosti kyseliny sírové reaguje kyselina boritá s alkoholy za vzniku esterů (Rovnice č. 19)

Estery kyseliny borité jsou mnohem slabší Lewisovou kyselinou, než halogenidy borité, to je vysvětleno tvorbou intramolekulárních π vazeb. S 1,2-dioly má tendenci ke tvorbě chelátů, toho se 23

prakticky využívá ke zvýšení síly kyseliny borité pro analytické účely. Stejně jako u křemičitanů a hlinitanů i kyselina boritá vytváří lineární i cyklické polyanionty.

2.5.2. Kyseliny boronové Kyseliny boronové jsou deriváty kyseliny borité, které formálně vznikly tak, že jedna –OH skupina v kyselině borité je nahrazena alkylovým zbytkem. Estery kyseliny boronové se ukázaly jako užitečné intermediáty v organické syntéze, např. pro tvoření vazby uhlík-uhlík v Suzukiho-Miyaurově5 metodě. Další uplatnění kyseliny boronové je jako inhibitor enzymů. Kyseliny α-aminoboronové jsou selektivní inhibitory pro serinové proteasy. Podobnou vlastnost inhibice bioaktivity mají i α-fosfonylboronátové estery. Nejpřímější cesta k vytvoření kyseliny boronové s heteroatomem na α uhlíku je adice diborových reagentů na nenasycenou sloučeninu obsahující heteroatom za pomocí kovových katalyzátorů (Rovnice č. 20). N

R

Ar

kat.

+

R

B(O-O)

R

H2O

N

H N

B2(O-O) 2

OH Ar

Ar

B(O-O)

B OH

(O-O) = katecholato, pinakolato

Rovnice č. 20

Za použití vhodných katalyzátorů lze udělat podobnou reakci s alkeny, dieny nebo s uhlovodíky s dvojnou a trojnou vazbou v řetězci. Nejprve dojde k rozštěpení vazby B-B, poté následuje oxidativní adice na kov a po vstupu substrátu do reakce vznikne vazba B-C reduktivní eliminací. Mechanismus reakce popisuje Rovnice č. 21. (O-O)B

B(O-O) O

R

O B

kov ([M])

O

B

Rovnice č. 21

O

R

(O-O)B B(O-O) [M]

(O-O)B

+

(O-O)B B(O-O)

[M] B(O-O)

[M]

R

(O-O)B [M] B(O-O)

CH2 R

CH2 R

2.5.3. Peroxosloučeniny boru Tetrahydrát peroxoboritanu sodného má sumární vzorec NaBO3.4H2O, ale spíše ho vystihuje vzorec Na2[B2(O2)2(OH)4].6H2O. Připravuje se z boraxu, který se nejprve hydrolyzuje v přítomnosti hydroxidu sodného a poté oxiduje pomocí peroxidu vodíku. Reakci vystihuje Rovnice č. 22. Vše probíhá ve vodném prostředí za teploty okolí. Z rozpouštědla se vznikající peroxoboritan vysráží již při teplotě okolí, protože je velmi málo rozpustný ve vodě. Používá se jako bělící přísada do pracích prášků a zubních past a do tablet do myček nádobí.

Rovnice č. 22 24

Kyselina peroxoboritá H3BO4 navzdory její snadné přípravě nebyla blíže zkoumána ani nenašla praktické využití. Jedinou blíže prozkoumanou reakcí kyseliny peroxoborité je vznik její soli s rhodiovým komplexem. (Rovnice č. 23) F

N

F

+

N

N

F

(F5C6)B(OH)2

F t-Bu

F

C

F PEt3

-

Rh Et3P

F -C6HF5

t-Bu

O O

+

N

C

F PEt3

-

Rh Et3P O B HO

O O

Rovnice č. 23

2.5.4. Tris(trifluormethansulfonát) boritý Tato sloučenina byla poprvé připravena Olahem a spol.6 z chloridu a bromidu boritého. Je to těkavá, bezbarvá a extrémně hygroskopická látka (tt= 43-45°C, tv= 68- 73°C/0,5 torr), kterou lze destilovat ve vakuu bez rozkladu. Je rozpustný v rozpouštědlech jako: CH2Cl2, Freon- 113, SO2 a SO2ClF. Data o kyselosti nejsou známa, ale na základě Friedel- Craftsových reakcí a schopnosti generovat stabilní karbokationty v SO2ClF roztocích za nízkých teplot, můžeme pokládat B(OSO2CF3)3 za Lewisovu superkyselinu. Připravuje se reakcí, kterou vyjadřuje Rovnice č. 24.

2.6. Sloučeniny s vazbou bor-uhlík 2.6.1. Karborany Jsou deriváty boranů, v nichž byl jeden nebo více atomů boru nahrazen atomem uhlíku. Uvedené sloučeniny se stejně jako borany vyskytují v closo-, nido-, arachno- a hypho- formě. Closokarborany můžeme připravit konverzí nido-dekaboranu na closo-B10C2H12. První krokem je vytěsněna molekula H2 diethylsulfidem (Rovnice č. 25):

Ztrátu dvou vodíkových atomů kompenzuje donace elektronového páru v diethylsulfidu, takže výsledná sloučenina je elektroneutrální. Produkt se mění na karboran adicí alkynu (Rovnice č. 26):

Při této přeměně nastává změna struktury z nido- na closo-. Atomy uhlíku se nalézají v poloze (1,2). Tento closo- karboran je stabilní na vzduchu a může být zahříván bez rozkladu. Při 500 °C v inertní atmosféře podléhá izomeraci na (1,7) a při 700 °C na (1,12) izomer.

25

Vodíkové atomy připojené na uhlík v closo-B10C2H12 jsou slabě kyselé, takže je možné je nahradit lithiem pomocí organolithných sloučenin. Tyto dilithiokarborany jsou dobré nukleofily, takže lze zavést na karboran různé funkční skupiny, jako např.: -COOH, -NO, -I atd. Nido- a arachno- karborany obsahují pětičetné, šestičetné nebo sedmičetné cykly s delokalizovanými π orbitaly. Delokalizace jsou analogické benzenu nebo cyklopentadienylovému aniontu, z toho důvodu jsou dobré ligandy pro některé kovy.

2.6.2. Organoborany Jsou sloučeniny, které formálně vznikly nahrazením jednoho nebo více vodíků v hypotetické molekule BH3 alkylovým nebo arylovým zbytkem. Organoborany je možné připravit adicí diboranu na alken podle Rovnice č. 27. H

B

B H

H

H H

H

+

2

BH2

2

H

Rovnice č. 27

Je výhodné provádět adici boranu v THF, protože v něm tvoří boran komplexy BH3.THF, které jsou reaktivnější, než diboran. Protože má boran 3 vodíky, může probíhat trojnásobná reakce, kde jako produkt vzniká trialkylboran. Přidáme- li k tomuto trialkylboranu peroxid vodíku a bázi, rozštěpí se vazba uhlík-bor a vzniká alkohol. Reakci vyjadřuje Rovnice č. 28.

H 3

+

1/2

H

H2O2

THF

B

B H

H

H

H

B

-

OH ,H2O

OH 3

+ H3BO3

Rovnice č. 28 Jedním z nejvýznamnějších zástupců organoboranů je tris(pentafluorofenyl)boran, který byl připraven v roce 1963 reakcí pentafluorofenyllithia s BCl3 za nízkých teplot6 (Rovnice č. 29). V současné době se používá spíše Grignardovo činidlo pentafluorofenylmagnesium bromid, protože v případě použití organolithné sloučeniny se může eliminovat za výbuchu LiF. Tris(pentafluorofenyl)boran je teplotně stálý, odolný vůči oxidaci molekulárním kyslíkem a odolný vůči hydrolýze. Používá se jako aktivátor v chemii Ziegler-Nattových katalyzátorů a také jako silná Lewisova kyselina v organické a organokovové chemii. Jeho Lewisova acidita leží mezi BF3 a BCl3.

3. Využití některých sloučenin boru 3.1. Kyselina boritá a její soli Kyselina boritá se používá v očním lékařství jako tzv. borová voda nebo umělé slzy, dále v kombinaci s jinými sloučeninami k impregnaci dřeva proti škůdcům (viz kap. 3.6.) nebo jako netoxický 26

insekticid. V neposlední řadě se využívá její schopnosti pohlcovat neutrony, proto se používá jako moderátor v tlakovodních jaderných elektrárnách. Borax7 je základní surovinou pro výrobu boru, kyseliny borité a řady dalších sloučenin, používá se také ve sklářském průmyslu jako surovina pro výrobu chemického skla, dále ve výrobě smaltů, glazur, v zemědělství a metalurgii. V neposlední řadě se používá také v analytické chemii při tzv. perličkové zkoušce. Ta spočívá v tom, že roztavený borax lehce rozpouští oxidy kovů a vznikající směs má charakteristické zbarvení. V domácnostech slouží borax jako změkčovač vody, čisticí prostředek a šetrný pesticid. Předpokládá se, že borax a kyselina boritá by měly být zhoubné pro různé druhy bakterií a také by měly sloužit jako inhibitory fagocytózy bílých krvinek. Bezvodý boritan vápenatý Ca3(BO3)2 se používá jako forma k vážení při gravimetrickém stanovení kyseliny borité nebo boritanů v Rosenbladt- Goochově metodě8.

3.2. Peroxoboritan sodný Využívá se jako zdroj aktivního kyslíku v pracích a čisticích prostředcích a jako bělidlo. Má také antiseptické vlastnosti a může se používat jako dezinfekční prostředek. Někteří výrobci ho používají jako přísadu do kapek na oči. Peroxoboritan sodný je lepší bělidlo, než chlornan sodný, protože není tak agresivní k textiliím. Ze sloučeniny se uvolňuje kyslík velmi rychle při 60 °C. Je- li třeba, aby se kyslík uvolnil při nižších teplotách, musí být peroxoboritan smísen s aktivátorem, takovým bývá např. tetraacetylethylendiamin.

3.3. Fluorid boritý Je těkavý plyn, za normálních podmínek nepodléhá hydrolýze a vykazuje velmi význačnou Lewisovu superkyselost. Připravuje se reakcí boraxu s fluorovodíkem podle Rovnice č. 31.

Běžně se prodává jako diethyletherát a je užívaný jako katalyzátor v organické chemii. Velmi zajímavé jsou komplexy BF3-H2O a BF3-2CH3CH2OH, které se používají jako účinné superkyselé katalyzátory. Hydrát BF3 dokáže katalyzovat reakce jako např. Friesův přesmyk6 (Rovnice č. 32), což je přeměna fenolových esterů aromatických nebo alifatických karboxylových kyselin. Reakce s hydrátem fluoridu boritého probíhá rychle, za mírných podmínek a v některých případech s vysokou selektivitou, dává se mu tedy přednost před dříve používaným nafionem (rozvětvený perfluorovaný uhlíkový řetězec zakončený skupinou –SO3H). R

1

O O

O

kat. R

2

R

2

nitrobenzen R

1

OH

Rovnice č. 32

3.4. Tetrahydridoboritanový anion Spolu s kationty alkalických kovů tvoří bílé krystalické látky, se kterými lze manipulovat na vzduchu, ve vodě, v alkoholech i v etherech, navíc práce s ním je relativně bezpečná a snadná a výtěžky produktů jsou vysoké. 27

Nevýhodou je, že tetrahydridoboritanový anion je velmi mírným redukčním činidlem, nelze pomocí něj redukovat např. karboxylové kyseliny na primární alkoholy. Na redukci karboxylových kyselin je zapotřebí např. boran v THF. Reakce probíhá rychle, snadno, bezpečně a specificky. Aldehydy a ketony se snadno redukují na alkoholy pomocí Na[BH4] podle mechanismu, který je vyjádřen Rovnicemi č. 33 a 349: H

O CH3

H3C

+

Li

+

H

H B

O

-

-

Li

+

+ H3C

H

H

1/2 B2H6

CH3

Rovnice č. 33 -

O H3C

Li

+

OH

+

H2O

H3C

CH3

CH3

+

LiOH

Rovnice č. 34

3.5. Tris(trifluormethansulfonát) boritý Níže jsou uvedené některé reakce, které probíhají o poznání rychleji za použití tris(trifluormethandulfonátu) boritého jako katalyzátoru. První reakcí (Rovnice č. 35) je katalyzovaná přeměna tricyklo[5.2.1.02,5]dekanu na adamantan. Druhá reakce (Rovnice č. 36) popisuje vznik adamantanoidní sloučeniny z polycyklického prekurzoru6. kat. 0 °C, t

Rovnice č. 35

Tabulka č. 4: Srovnání katalyzátorů8 kat. výtěžek čas 98% 0,25 h B(OSO2CF3)3 + Freon 113 98% 11 h H[B(OSO2CF3)4] 98% 10 h CF3SO3H-SbF5 98% 1,5 h Ultrazvuk

kat. 0 °C, t Rovnice č. 36 Tabulka č. 5: Srovnání katalyzátorů

8

kat. výtěžek čas 99% 0,25 h B(OSO2CF3)3 + Freon 113 98% 11 h H[B(OSO2CF3)4] 98% 10 h CF3SO3H-SbF5 98% 1,75 h Ultrazvuk 28

3.6. Fenolformaldehydové pryskyřice s příměsí kyseliny borité Tyto sloučeniny našly uplatnění jako ochranné vrstvy na dřevo proti škůdcům, jako retardéry hoření nebo ochrana proti oxidaci. Pryskyřice vytvoří na povrchu materiálu tenkou sklovitou a nepropustnou vrstvu, která má výše uvedené vlastnosti. Výhodou těchto sloučenin je, že sloučeniny boru jsou toxické pro termity, houby a jiné škůdce, ale netoxické pro savce. Nevýhoda spočívá v tom, že se bor velmi snadno extrahuje do vody, což jeho sloučeniny omezuje na využití pouze v interiérech. Podle výzkumů se za 10 dní vystavení dešti a vzdušné vlhkosti vyextrahuje 100 % boru z impregnovaných látek. Byly prováděny výzkumy, jejichž cílem bylo nalezení vhodné příměsi, které by omezily extrakci boru, bohužel se však zatím nepodařilo nalézt takovou příměs, v jejíž přítomnosti by se extrahovalo pod 5 % boru ze sloučenin. Bylo zkoumáno několik způsobů výroby fenolformaldehydových pryskyřic s příměsí kyseliny borité. Prvním způsobem byly nejprve připraveny rezoly reakcí fenolu nebo bisfenolu A s 37% formaldehydem při 70 °C. Reakce probíhala 1 hod. Po uplynutí času byla do koncentrovaných rezolů přidána kyselina boritá a směs se zahřívala 40 min na teplotu 102 – 110 °C. Výsledkem byla žluto- zelená pryskyřice. Tato metoda nebyla ideální, protože docházelo pouze k 4 % konverzi kyseliny borité. Podle další metody byly nejprve připraveny estery kyseliny borité s fenolem a poté přidán formaldehyd. Tato reakce měla vyšší výtěžky. Schéma reakce je popsáno Rovnicí č. 37. OH 300 °C

+

n

B

H3BO3

+

O

BOH

+

O

3

+

H B

+

O

n

2

+

B(HO) 2 O

n H2O

150 °C O

B

+

O

B

O OH

H

3

3

OH

OH

3

OH

+

B

O OH

OH

3

Rovnice č. 37

3.7. Syntetické aminokyseliny s borem v molekule5 Tyto aminokyseliny nalézají uplatnění zejména v medicíně při léčbě mozkových nádorů a léčbě metastáz melanomu pomocí sloučenin boru, které byly vpraveny do těla pacienta a následně ozářeny neutronovým tokem. Nejvíce se pro tento účel používá aminokyselina p-boronofenylalanin (BPA). Její přípravu popisuje Rovnice č. 38. Byly však připraveny i další sloučeniny, o kterých se předpokládá, že budou mít větší účinek, než BPA, např. borované deriváty kyseliny 1-aminobutankarboxylové (ACBC). 29

Princip léčby nádorů spočívá v tom, že molekuly borované aminokyseliny značené izotopem B vyhledají nádor a nahromadí se v něm. Nádor je poté vystaven toku pomalých neutronů. Jakmile dojde k interakci atomu 10B s neutronem, rozštěpí se jádro boru na α částici a částici 7Li, kde obě částice mají vysokou energii. Lineární přenos energie těchto těžkých částic má rozsah přibližně jako průměr buňky, proto je likvidační po buňky, ve kterých byly částice generovány. Pro snížení škod na zdravé tkáni musí být hladina boru v nádoru (30 mg/nádor) alespoň 3x větší, než ve zdravé tkáni. 10

O

O OH

OH

H

K2Cr2O7 [CH3(CH2)3]4N+HSO4-

BH3.THF

CH2Cl2, 9M H2SO4 Br

Br

Br

O

O O

HOCH2CH2OH

1. BuLi, THF 2. B(OiPr)3

benzen, pTSA

3. H+

O O

H

H+ MeOH

Br

B HO

OH

H N

O

B HO

OH

O

11

N H

K11CN, (NH4)2CO3

OH

C

O

NH2

NaOH

210 °C, 20 min

210 °C, 20 min B HO

B

OH HO

OH

Rovnice č. 38

30

4. Úvod do fyziky plazmatu10 4.1. Definice a rozdělení plazmatu Plazma je vnitřní část elektrického výboje, na kterou nemají vliv stěny a elektrody výbojky (Langmuir, 1928). Když mezi dvě elektrody vložíme nabitou částici, rozdělí se na kation a elektron. Soubor takto vzniklých částic nazýváme ionizovaný plyn. Síla působící na tyto částice se dá snadno vypočítat pomocí Coulombova zákonu. Při nízkých koncentracích plynu nejsou vidět žádné výrazné změny, ale při vyšších koncentracích dojde k pohybu kladných částic ke katodě a záporných částic k anodě a dojde k polarizaci plynu. V blízkosti elektrod dochází k zesílení elektrického pole a v centrální části k zeslabení. Původní vlastnosti ionizovaného plynu se změnily a došlo k vytvoření plazmatu. Plazma můžeme rozdělit podle několika kritérií: a) Slabě ionizované plazma- koncentrace neutrálních molekul je o mnoho větší, než koncentrace nabitých částic. Silně ionizované plazma- neutrální molekuly mají zanedbatelnou koncentraci. b) Vysokoteplotní a nízkoteplotní plazma- Toto rozdělení bylo dáno konvenčně. Vysokoteplotní plazma je takové, kde střední energie nabitých částic je 100 eV a teplota větší, než 106 K Speciálním případem je plazma v úplné termodynamické rovnováze, ten nastává, když lze vlastnost plazmatu popsat jediným parametrem a to teplotou.

Obrázek č. 9: Průběh elektrostatického potenciálu v ionizovaném plynu (a), průběh elektrostatického potenciálu v plazmatu (b)

4.2. Vlastnosti plazmatu Základní vlastností plazmatu je jeho vysoká elektrická vodivost. O charakteru vodivosti rozhoduje, jestli je plazma silně nebo slabé ionizované. Ve slabě ionizovaném plazmatu platí, že při rostoucí koncentraci nabitých částic roste vodivost a při konstantní koncentraci vodivost klesá s rostoucí teplotou. V silně ionizovaném plazmatu platí, že vodivost plazmatu roste s teplotou elektronů s exponentem 3/2 a není závislá na jejich koncentraci. 31

Na plazma působí také magnetické pole. To zmenšuje koeficient difuze nabitých částic ve směru kolmém na magnetické siločáry a tím brání jejímu úniku, čehož se dá využít na izolaci vysokoteplotního plazmatu o teplotách, kterým neodolá žádný materiál. S rostoucí koncentrací nabitých částic se mění koeficient tepelné vodivosti a dynamické viskozity plynu. V případě vysokoteplotního plazmatu určuje tepelnou vodivost hlavně elektronový plyn, u nízkoteplotního plazmatu se mohou uplatňovat i jiné mechanismy, jako např. disociace, excitace a ionizace molekul. Molekuly vzniklé některým z těchto způsobů se dostávají difuzí z míst s vyšší teplotou na místa s nižší teplotou, kde se deionizují nebo deexcitují, což je doprovázeno únikem tepla. S plazmatem se na Zemi v přirozených podmínkách skoro nesetkáváme, ve vesmíru je ovšem 99% hmoty v podobě plazmatu. Plazma tvoří hvězdy meziplanetární a mezihvězdné prostory, v blízkosti Země se vyskytuje v ionosféře a magnetosféře. Pro kvantitativní výpočty využíváme Debye- Hückelových pravidel, které byly formulovány pro silné elektrolyty. Pokud na plazma nepůsobí vnější elektrické pole, koncentrace elektronů a iontů jsou stejné, pokud však vložíme částici s nábojem, začnou se souhlasné náboje odpuzovat a opačné přitahovat. Plazma se polarizuje a nastává odstínění elektrického pole vloženého náboje. Rozložení náboje má sférickou symetrii, takže všechny veličiny jsou funkcí poloměru. Jedna z nejdůležitějších charakteristických veličin je hustota elektrostatického potenciálu φ(r), která se vypočítá podle Rovnice č. 48:

Kde q je velikost náboje, ε0 je permitivita vakua, r je vzdálenost od vloženého náboje, e je Eulerovo číslo, n0 je koncentrace elektronů nebo iontů bez působení vnějšího elektrického pole, k je Boltzmannova konstanta, T+ je teplota kladných částic, T- je teplota elektronového plynu a h je Debyeova délka. Poslední zmiňovaná veličina je zajímavá v tom, že ionizovaný plyn se stává plazmatem, jsouli jeho všechny 3 rozměry větší než Debyeova délka. V plazmatu probíhají reakce, které lze pro zjednodušení zapsat rovnicí:

Kde A označuje atom plynu, A+ kladný ion a e elektron. Šipka znázorňuje vratnou reakci. Z rovnice vyplývá, že se elektron může vyskytovat volný nebo vázaný na kladný ion, je však zanedbaná ionizace do vyššího stupně a excitace elektronu. Jako další důležitou veličinu určujeme relativní koncentraci nabitých částic, a to pomocí Sahovy rovnice (Rovnice č. 50).

Kde n2 je součin koncentrací kladných a záporných částic, n0 je koncentrace elektronů nebo iontů bez působení vnějšího elektrického pole, g je statistická váha, m- je hmotnost elektronu, k je Boltzmannova konstanta, T je termodynamická teplota, ћ je redukovaná Planckova konstanta (h/2π) a ε je energie elektronu.

32

4.3. Generace plazmatu (Zapalování výboje- elektronová lavina) Výboj vzniká tak, že do plynu vložíme dvě elektrody a na ně přivedeme dostatečně vysoké napětí, jakmile napětí překročí určitou velikost, vytvoří se mezi elektrodami elektricky vodivá dráha, která se dá identifikovat pomocí světelných nebo tepelných projevů. Plyn, který se nachází mezi elektrodami, je nevodivý, ale vložíme- li do něj určité napětí, stane se vodivým. Takovému napětí se říká zapalovací napětí a jeho velikost závisí na složení a na tlaku plynu. Ionizace plynu může probíhat také pomocí záření o vysoké energii, jako je např. kosmické nebo radioaktivní. Při jeho působení se z částice plynu vyrazí elektron o vysoké energii, který vyráží z dalších molekul elektrony, takže dochází k řetězové reakci- elektronové lavině. Ta se projeví zvýšením vodivosti plynu.

Obrázek č. 10: Schéma výbojky na měření zapalovacího napětí

Obrázek č. 11: elektronová lavina

5. Aplikace plazmatu 5.1. Zdroj světla Už před vynálezem žárovky se používaly výboje v plynech jako zdroje světla pro speciální účely. Zdrojem světla nebýval oblouk, ale tzv. elektrodová skvrna, výhodou tohoto světla bylo, že mělo 4200 K, jeho spektrální složení bylo tedy velmi blízké slunečnímu záření. Později se začaly používat vysokotlaké výbojky a halogenové žárovky. Výbojce z křemenného skla obsahuje plyn (xenon, rtuť) o tlaku 3,5 - 7 MPa. Zde nezáří skvrna, ale samotné plazma. Spektrum tohoto záření je spojité a energie záření je podobná jako u černého tělesa. Na všeobecné použití jsou dobré rtuťové výbojky o nízkých tlacích par (0,5 - 0,8 MPa). Tyto výbojky vyzařují kromě ultrafialového světla také celé viditelné spektrum, ale pouze s malým množstvím červené barvy, proto se na vnitřní povrch baňky, ve které jsou páry umístěny, nanáší luminofor, který převádí světlo o nižších vlnových délkách do červené barvy. Pro speciální účely se do rtuťových výbojek přidávají sloučeniny thalia, india, sodíku a dysprosia, v takových případech se už luminofor nepoužívá. Největší účinnosti dosahují sodíkové výbojky, které jsou naplněné inertním plynem, parami rtuti a sodíku. Jako zdroj světla je také možno použít kladný sloupec doutnavého výboje. Toto světlo má čárové spektrum a je monochromatické.

5.2. Elektrické odlučování prachu a nanášení barev pomocí plazmatu Elektrické odlučování prachu využívá korónového výboje a skutečnosti, že se v něm nacházejí podle polarity pouze částice jednoho druhu. Prachová částice po průchodu výbojem získává stejný náboj a putuje k elektrodě. Korónový výboj se používá většinou záporný a ke generaci výboje se používá stejnosměrné napětí kolem 30 - 70 kV. Prachové částice jsou unášeny na vnější plášť, kde se na stěně usazují. Výhodou této metody je, že nezáleží na tom, jestli jsou prachové částečky vodivé 33

nebo nevodivé. Kromě prachu lze zachytávat i pyl, viry a bakterie. Při tomto použití se používá spíše kladná koróna, protože neprodukuje tolik škodlivého ozonu. Transport částic lze využít i opačně, a to při nanášení barev nebo ochranných látek. Při běžném stříkání se barva nedostane na celý povrch předmětu, zejména k jeho okrajům, v případě stříkání pomocí výboje se naopak více barvy usazuje u okrajů, protože je zde pole silnější. Další výhodou stříkání pomocí výboje je to, že se barva nedostává mimo stříkaný předmět. Elektrický výboj našel využití také v textilním a papírenském průmyslu, kde vzniká na povrchu látek silné elektrické pole, které způsobuje lepení materiálu, riziko požáru nebo generaci nebezpečných plynů. Ke zneutralizování se používají výboje o opačné polaritě.

5.3. Sváření a řezání elektrickým obloukem v plazmatu Obloukový výboj je velmi výkonný a koncentrovaný zdroj tepla kolem 100 kW.cm-3. Nejrozšířenějším typem sváření je sváření obalovanou elektrodou, kde jednou elektrodou je svařovaný materiál a druhou drát z ušlechtilé oceli, který slouží také jako přídavný materiál do sváru. Nevýhodou této metody sváření je to, že se při teplotách, které vznikají, tvoří reakcí se vzduchem oxidy a nitridy kovů, které zhoršují mechanické vlastnosti sváru, proto se musí do elektrody přidávat látky, které váží kyslík, dusík a vodu. Těmito příměsemi se elektroda obaluje, proto také její název. Obal se dá nahradit také použitím inertního plynu (CO2, Ar, He). Na speciální případy se používá sváření s neodtavující se elektrodou. Elektroda je vyrobená z těžko tavitelného materiálu (wolfram) a jako ochranný plyn se používá argon. Elektroda je zapojena jako katoda. Toto sváření se používá při sváření nerezové oceli, barevných kovů a hliníku. Dalším nástrojem na svařování je plazmatron (Obrázek č. 16). Elektrický oblouk hoří mezi wolframovou elektrodou a chlazenou měděnou tryskou v ochranném plynu. Čím vyšší je tlak plynu, tím vyšší je teplota plazmatu. Když svařujeme předmět, vytvoří se závislý oblouk mezi katodou plazmatronu a svářeným předmětem. Tento oblouk je zdrojem velkého tepelného výkonu. Výhodu plazmatronu lze nalézt v tom, že rozměry mohou být velmi malé a lze přesně definované geometrie sváru. Velkou energii plazmatu lze využít i na řezání kovů. Místo plynové náplně plazmatronu lze použít i kapalinu. Kapalina po průchodu výbojem zvětší svůj objem a může dosáhnout až nadzvukové rychlosti výtoku. Kapalinové plazmatrony lze využít na nanášení ochranných vrstev o vysoké tvrdosti na kovové materiály.

Obrázek č. 12: Schéma plazmatronu

5.4. Plazmochemie Přítomnost plazmatu je vysokým zdrojem tepla, takže mohou probíhat endotermické reakce, které za normálních podmínek neprobíhají vůbec. Jako příklad reakce, kde bylo plazma použité, bylo v roce 1905 syntéza oxidů dusíku na výrobu kyseliny dusičné. Dalším příkladem je výroba acetylenu ze zemního plynu. V průmyslu se používá obloukového výboje při výrobě karbidu vápníku z oxidu vápenatého a uhlíku. Maximální koncentrace produktu je závislá pouze na teplotě, takže když bude větší množství produktů, začnou se rozkládat zpět na reaktanty. Rozkladu produktů zabráníme tím, že je rychle ochladíme. Termodynamická rovnováha je narušená, proto je proces nerovnovážný. Aby chemická reakce mohla probíhat, je třeba vytvořit nějakou reaktivní částici. Většina plynů tvoří za laboratorních podmínek víceatomové molekuly, což snižuje jejich reaktivitu. V případě, že se ve směsi objeví volný radikál, je schopný generovat další radikály a spustí se řetězová reakce. Volné 34

radikály vznikají disociací molekul. Při zvýšení teploty dochází k většímu počtu srážek molekul, takže po dostatečném počtu srážek dostane molekula takovou energii, že může disociovat. Molekula může disociovat i v doutnavém výboji tak, že elektrony naráží na molekulu a tím ji excitují do vyššího energetického stavu, až nakonec disociuje. Plazmochemie zatím nenašla širší uplatnění v průmyslu kvůli finanční náročnosti a také proto, že se pracuje s nízkými výkony, což se nehodí pro velkotonážní chemii. Jedinou výjimkou je výroba ozónu, který se vyrábí prouděním kyslíku přes elektrody, které jsou chlazené vodou, protože ozón se za vysoké teploty rozkládá. Reakci vystihuje nejlépe následující rovnice:

Rovnici nelze vykrátit výrazem O2, protože teplota těžkých částic bývá 300 K, ale teplota elektronů bývá řádově desetitisíce K, proto se reakce účastní další molekula kyslíku, která zachytává přebytečnou energii. Reaktivní mohou být i kladné ionty, z toho důvodu i v inertních plynech vznikají komplexní ionty jako HeH+, NeH+, He2+, NeHe+ atd., které jsou nestabilní.

5.4.1. Ochranné vrstvy Plazmové technologie se používají namísto dřívějšího legování. Nanášení ochranné vrstvy probíhá tak, že se do proudu plazmatu vloží ochranný materiál v prášku (velikost zrn je 10 - 100 μm), ochranný materiál se roztaví, dopadne na povrch chráněného materiálu vysokou rychlostí a tím se na něm pevně zachytí. Jako ochrana před vysokými teplotami se používá wolframu a jeho karbidy nebo keramické materiály. Keramika je vhodným materiálem i na ochranu proti otěru i jako tepelná izolace, její nevýhodou však je, že je porézní a že má rozdílný koeficient teplotní roztažnosti, než látka, na kterou je nanášena. Poréznost lze eliminovat tím, že se keramika ještě impregnuje polymerním materiálem a problémy s rozdílným koeficientem tepelné roztažnosti je možné eliminovat přidáním mezivrstvy, jako např. slitiny NiCr nebo NiAl. Při ochraně nástrojů, které musí mít definované rozměry je nanášení ochranného materiálu pomocí plazmatronu nepřesné a za použití vakuového napařování není zajištěna potřebná adheze. Ideální metodou je napařování pomocí plazmatu. Zapálení plazmatu probíhá pomocí doutnavého výboje za vysokého vakua. Vzhledem k tomu, že ve vakuu není možné zapálit doutnavý výboj, musí se připouštět vhodný inertní plyn. Částice, které se generují, mají velmi vysokou energii, takže odstraní z povrchu substrátu i nečistoty, což zvyšuje přilnavost substrátu. Mezi další podobné metody lze zařadit metodu reaktivního naprašování a iontová nitridace. Při iontové nitridaci se oceli obohacují o dusík, který zvyšuje tvrdost, tepelnou odolnost a odolnost vůči korozi. Modernější prostředek úpravy materiálů je iontová implantace. Při této metodě se bombarduje povrch materiálu kladnými ionty s energií 10-300 keV. Částice s touto energií pronikají asi 0,1 - 0,8 μm pod povrch látky. Tato metoda má široké využití: 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7)

Zvýšení tvrdosti kovů Zvýšení tvrdosti keramických matriálů Zlepšení kluzných vlastností kovů Zvýšení odolnosti kovů vůči korozi Dopování polovodičových materiálů Legování povrchu kovů a izolantů Vytváření definovatelných defektů v krystalických materiálech

35

Při aplikaci této metody by se dalo očekávat, že jakmile se opotřebuje povrch kovu, dojde k odkrytí ochranné vrstvy. Pravdou však je, že jakmile se opotřebuje povrch, ochranná vrstva se dostane hlouběji. Tento efekt není zatím uspokojivě vysvětlený. Nevýhodou této metody je vysoká cena a nutnost kolmého dopadu na povrch. Nevýhody můžeme částečně odstranit, použijeme-li plazmovou iontovou implantaci, kde se jako příměsi používají dusík a bor. Výhodou Tato metoda je dobrá v tom, že můžeme ovlivnit výsledek v závislosti na podmínkách, nevýhodou je, že musíme hlídat, aby se doutnavý výboj nezměnil na obloukový.

5.4.2. Povrchová modifikace materiálů z polymerů Princip této metody spočívá v tom, že se do nosného plynu (argon, dusík, vzduch) přidá monomerní látka, která se účinkem plazmatu rozpadne na různé radikály. Při dopadu radikálu na povrch sloučeniny, kterou chceme ochránit, dochází ke spojení radikálů a k vytváření široké škály polymerů. Polymery rostou relativně vysokou rychlostí (10-100 nm/min) a je možné vytvářet poměrně tenké polymerní vrstvy (3- 104 nm). Výhody této metody jsou: a) b) c) d)

možnost připravit polymery z látek, které za normálních podmínek nepolymerují impregnace látek bez bodových defektů malá tepelná zátěž předmětů po dobu polymerace možnost změnit vlastnosti vrstvy na základě volby parametrů plazmatu.

Deponované vrstvy vynikají řadou dobrých vlastností jako mechanická pevnost, přilnavost, odolnost vůči teplotnímu šoku, pevnost a pružnost v širokém rozsahu teplot, chemická odolnost a optická průhlednost. Jako monomerní materiály jsou vhodné fluorované uhlovodíky, aromatické sloučeniny a siloxany. Aplikace metody je široká, používá se na výrobu izolantů, na ochranu kovů při výrobě konzerv, na výrobu membrán a na výrobu chirurgických nástrojů.

5.4.3. Plazmochemická úprava povrchů materiálů z polymerů Polymery hned po výrobě klasickými polymeračními metodami vždy nemají požadované povrchové vlastnosti (nízká přilnavost, vznik náboje, smáčivost,…), proto se používá plazmochemická úprava povrchů. Působením plazmatu se rozruší polymery na povrchu a tím se zvýší hustota radikálů, na takový povrch se dobře vážou barviva. Vznik náboje a snížení smáčivosti se dá eliminovat přidáním vhodného monomeru na aktivovaný povrch. Tato metoda se používá při výrobě umělých náhrad v lidském organismu a při sterilizaci. Metoda je použitelná i v textilním průmyslu, její použití by však bylo drahé.

36

Experimentální část 6. Princip a očekávání Jak bylo uvedeno v kap. 3.6., je řada sloučenin boru toxická pro mikroorganismy a pro škůdce. Předpokládá se, že by peroxoboritan sodný měl mít velmi vysokou bakteriocidní aktivitu, protože kromě atomu boru obsahuje také kyslík v peroxidické podobě, který se může snadno uvolnit, a proto je zhoubný pro bakterie. Další předpokládanou vlastností sloučenin boru je inhibice fagocytózy bílých krvinek. I zde se předpokládá, že peroxoboritan sodný bude vysoce inhibovat fagocytózu. Cílem práce bylo potvrzení antibakteriálních účinků boraxu a peroxoboritnu sodného a také, jak jsou tyto látky účinné v inhibici fagocytózy. Dalším cílem bylo upravení boraxu a peroxoboritanu sodného pomocí plazmové technologie a zjištění, jak tato úprava ovlivnila výše uvedené vlastnosti. Očekává se, že obě látky budou po plazmové úpravě vykazovat lepší jak antibakteriální vlastnosti, tak inhibici fagocytózy. Vedlejším cílem práce byla také syntéza kyseliny peroxoborité H3BO4 a potvrzení její existence.

7. Použité chemikálie Pro chemické experimenty byly použity následující chemikálie (všechny chemikálie dodala firma PENTA Praha): -

Borax- dekahydrát tetraboritanu sodného, čistý (CAS 1303-96-4) Kyselina boritá, p.a. (CAS 10043-35-3) Hydroxid sodný, čistý (CAS 1310-73-2) Peroxid vodíku 30% (CAS 7722-84-1) Kyselina chlorovodíková 35% čistá (CAS 7647-01-0) Ethanol, čistý (CAS 64-17-5) Kyselina sírová 96%, p.a. (CAS 7664-93-9)

Pro biologické pokusy byly použity následující látky a přípravky (všechny látky a přípravky dodala firma BioTech a.s. Praha): -

-

Hanksův roztok (vodný roztok následujících solí: dihydrát chloridu vápenatého 186 mg.dm-3, chlorid draselný 400 mg.dm-3, dihydrogenfosforečnan draselný 60 mg.dm-3, heptahydrát síranu hořečnatého 200 mg.dm-3, chlorid sodný 8000 mg.dm-3, hydrogenuhličitan sodný 90 mg.dm-3, D-glukosa 1000 mg.dm-3) Zymosan, čistý (CAS 9010-72-4) Luminol, čistý (CAS 521-31-3) LB (roztok bohatý na látky podporující růst bakterií) Fosfátový pufr o pH 7,0

37

Obrázek č. 13: Zymosan

Obrázek č. 14: Luminol

8. Použité bakterie Escherichia Coli11 Je to mikroorganismus z čeledi Enterobacteriaceae. První ji izoloval Theodor Eschereich. Patří mezi gramnegativní bakterie. Osidluje střevní trakt vyšších živočichů jako symbiont i jako patogen. Mimo zažívací trakt může působit hnisavé a zánětlivé onemocnění. Bakterie je základní model pro genetické studie.

Obrázek č. 15: Escherichia Coli

Obrázek č. 16: Svítící E. Coli

9. Fagocytóza Fagocytóza je pohlcování cizorodého materiálu. Objevil ji Ilja Iljič Mečnikov. Může být mechanismem výživy nebo v mnohobuněčném těle také ochrany proti cizorodým částicím. K fagocytóze se specializují tkáňové i volné mezenchymální buňky (mikrofágy a makrofágy). Předpokladem pro pohlcování částice fagocytární buňkou je rozpoznání cizorodosti, což se děje dvěma mechanismy: vývojově původnějším hrubým rozpoznáním cizorodého povrchu povrchovými strukturami fagocytární buňky nebo jemným rozlišováním pomocí protilátek proti antigenům dané částice, které je vlastní vyšším obratlovcům.

38

Obrázek č. 17: Fagocytóza

Obrázek č. 18: Bílá a červené krvinky

Fagocyty reagují na přítomnost cizorodých částic tzv. oxidativním vzplanutím, při kterém vznikají reaktivní kyslíkové metabolity, což je smrtelné především pro bakterie. Klíčovým enzymem pro vznik kyslíkových radikálů je NADPH- oxidáza, která přenáší elektron na molekulu dikyslíku a tím ji redukuje na hyperoxidový radikál O2-. Při oxidativním vzplanutí jsou emitovány elektrony, ty poté, co se vrátí na svoji hladinu, vyzáří světlo, které může být zesíleno luminoforem (luminal, lucigenin) a následně detekováno.

10. Syntéza látek 10.1. Syntéza peroxoboritanu sodného Peroxoboritan sodný byl připraven podle návodu z publikace12: Do velké kádinky bylo nasypáno 382,39 g boraxu a 81,19 g pevného hydroxidu sodného a vše bylo rozpuštěno ve 2700 cm3 vody. Jakmile se směs zcela rozpustila, bylo přidáno 451,11 g 30% peroxidu vodíku. Kádinka s reakční směsí byla ponechána v klidu a nehybně asi 15 min. Poté, co se vysrážely bílé krystalky předpokládaného peroxoboritanu sodného, byla suspenze přefiltrována přes fritu a promyta studenou vodou a ethanolem.

Obrázek č. 19: Směs boraxu a NaOH

Obrázek č. 20: Peroxoboritan sodný 39

10.2. Syntéza kyseliny peroxoborité Kyselina peroxoboritá byla připravována dvěma možnými způsoby: 1) Oxidace kyseliny borité pomocí peroxidu vodíku podle Rovnice č. 43 Do kádinky bylo nasypáno 10,00 g kyseliny borité a rozpuštěno ve 200 cm3 vody, poté bylo přilito 22 g (nadbytek) 30% peroxidu vodíku. Kádinka byla ponechána 1 den v chladničce při 5 °C. Vzniklé krystalky byly přefiltrovány na fritě a promyty studenou vodou. 2) Vytěsnění sodných iontů z peroxoboritanu sodného pomocí silnější kyseliny (Rovnice č. 44)

Do kádinky bylo nasypáno 0,49 g peroxoboritanu sodného a rozpuštěno v 50 cm3 vody. Poté bylo přilito 20 cm3 35% HCl (nadbytek). Kádinka byla ponechána 1 den v chladničce při 5 °C. Z roztoku se nevysrážely žádné krystaly.

11. Použité metody a přístroje 11.1. Infračervená spektrometrie Měření IR spektra bylo prováděno na přístroji Tensor 27 od firmy Bruker Optics. Vzorek peroxoboritanu sodného byl měřen v tabletě bromidu draselného, která byla připravena smísením 3,1 mg peroxoboritanu a 305 mg bromidu draselného.

11.2. ICP- AES Atomová emisní spektroskopie s indukčně vázaným plazmatem byla prováděna pomocí přístroje Thermo iCap 6500 Duo s možností měření vlnových délek 166 - 847 nm a detektorem High performance CID86. Průtok argonu, ve kterém se indukovalo plazma, byl 20 l.min-1. Vzorek byl optimalizován tak, že navážky boraxu (0,1072 g), peroxoboritanu (0,1060 g), kyseliny peroxoborité (0,0998 g) a kyseliny borité (0,1024 g) byly rozpuštěny ve 100 cm3 vody a poté 100x zředěny.

11.3. Termogravimetrie Měření bylo provedeno pomocí přístroje TGA 2950 od firmy TA Instruments. Přístroj má teplotní rozsah pro měření 25 – 900 °C. Rychlost ohřevu byla nastavena na 10 °C.min-1 a jako krycí plyn byl použit vzduch. Touto metodou byly měřeny tyto látky: peroxoboritan sodný, kyselina peroxoboritá a kyselina boritá. V případě peroxoboritanu sodného byla navážka 20,01 mg, navážka kyseliny peroxoborité byla 25,62 mg a kyseliny borité 59,94 mg. Všechny látky byly zahřívány do 900 °C.

11.4. Vnášení látek do plazmatu Do nosného plynu bylo zavedeno 1,023 g peroxoboritanu rozpuštěného ve 100 cm3 vody a 2,090 g boraxu rozpuštěného ve 100 cm3 vody. Vzorky byly zmlženy v ultrazvukovém zmlžovači. Voda byla ze vzorků vytěsněna pomocí argonu. Vzorky spolu s nosným plynem byly poháněny ke koaxiálnímu kabelu, který vede od generátoru plazmatu.

40

Jako generátor plazmatu byl použit generátor Cesar RF 13 MHz od firmy Dressler. Tento generátor může dosahovat výkonů 0 - 1 kW. Vlastnosti generovaného plazmatu byly dány několika proměnnými veličinami: výkon generátoru plazmatu, průtok nosného plynu, průtok nosného plynu s nanášenou látkou. Pro experimenty byl jako proměnný zvolen výkon generátoru. Vzorky boraxu a peroxoboritanu sodného byly nanášeny při výkonech 150, 180, 200 a 250 W. Ostatní výše uvedené veličiny byly zvoleny konstantní a to: průtok nosného plynu 1,2 dm3.min-1, průtok nosného plynu s nanášenou látkou 5 dm3.min-1. Plazmovou technologií byl nanášen borax a peroxoboritan sodný do jedné sady kelímků pro biologické pokusy nejprve bodově a poté do druhé sady plošně. Při plošném nanášení byl zvolen jeden výkon 200 W. Při bodovém nanášení byl kelímek vystaven proudu plazmatu 3x a při plošném 6x. Aparatura pro nanášení látek pomocí plazmatu je uvedena na Obrázku č. 21.

Obrázek č. 21: Schéma aparatury pro nanášení vzorků do plazmatu

Legenda: 123456789-

Vysokofrekvenční generátor 0- 1 kW Přizpůsobovací článek (Slouží ke stabilizaci výboje.) Koaxiální kabel vedoucí k elektrodě Elektroda Ultrazvukový zmlžovač Tlaková bomba s nosným plynem (v našem případě argon) Plazma Průtokoměr aerosolu Průtokoměr nosného plynu

41

11.5. Měření antibakteriálních účinků a inhibice fagocytózy Měření jak antibakteriálních účinků, tak inhibice fagocytózy bylo měřeno přístrojem Luminometer LM 01 T od firmy Immunotech, Česká Republika. Oba experimenty byly provedeny na základě měření luminiscence. Bakteriocidní účinky byly měřeny pomocí bioluminiscenční metody, kde byla bakterie Eschericia coli geneticky upravena tak, že jí byl aplikován gen z bakterie Photorabdus luminiscens. Pokud je taková bakterie naživu, produkuje enzym luciferin- luciferázu, který přeměňuje D- luciferin na oxyluciferin (Rovnice č. 45). Při této reakci je vyzařováno světlo. Inhibice fagocytózy byla měřena chemiluminiscenčně tak, že pokud je bílá krvinka aktivní, produkuje anionty O2- nebo O22-. Jestliže přijdou tyto anionty do kontaktu s luminolem, dojde k reakci, kterou popisuje Rovnice č. 46. H

-

O

N

N

S

S

COOH ATP

AMP + PP + h luciferasa

-

O

N

N

S

S

OH

-

O

N

N

S

S

O

Rovnice č. 45 NH2

O

NH2 NH NH

O

O -

+

O

ox

-

O

+

N

N

+

h

O

Rovnice č. 46 Světlo emitované bio- nebo chemiluminiscenčně je zachyceno detektorem, kterým je fotonásobič. Vyhodnocovací zařízení převede změnu napětí na detektoru na jednotky intenzity světla. Jednotkou intenzity světla je Relative Light Unit (RLU). Tato jednotka je definována jako jednotka intenzity světla emitovaného bio- nebo chemiluminiscenčně, vydělená konstantou přístroje o stejné jednotce, jakou má intenzita světla. V biologických experimentech není třeba znát přesnou hodnotu intenzity, pouze poměr intenzity světla vzorku s inhibitorem, resp. toxinem a blanku (kontroly). Z tohoto důvodu není třeba konstantu přístroje zjišťovat. Měříme- li antibakteriální účinky, znamená hodnota RLU, že čím je její hodnota vyšší, tím více bakterií je naživu a měříme- li inhibici fagocytózy, platí pro hodnotu RLU, že čím vyšší je její hodnota, tím více je buňka schopná fagocytózy. V případě měření antibakteriálních účinků byla nejprve nastavena optická hustota bakteriální suspenze při vlnové délce 620 nm na 0,25. Pokusy na testy látek bez plazmové úpravy byly prováděny tak, že na mikrotitrační destičku bylo naneseno 200 mm3 bakteriální suspenze a 100 mm3 roztoku boraxu nebo peroxoboritanu sodného v LB o koncentracích nejprve 5, 10 a 15 mg.cm-3 a poté 1; 0,5 a 0,1 mg.cm-3. Měření bylo prováděno 60 nebo 120 min. V případě testování látek, které prošly plazmatem, bylo do kelímků s aplikovanou látkou naneseno pouze 200 mm3 bakteriální suspenze. Měření probíhala 60 min. Při měření inhibice fagocytózy (stav, kdy bílá krvinka ztratí schopnost pohlcovat větší objekty) byly stejně jako při testech na antibakteriální účinky použity nejprve látky, které neprošly plazmovou úpravou. Na mikrotitrační destičku bylo naneseno do šesti sad jamek 2 mm3 krve tří lidí vždy po dvou sadách. Do jedné sady s krví každého člověka bylo přidáno 20 mm3 zymosanu na aktivaci. Do všech směsí bylo přidáno 20 mm3 luminolu. Do tří kelímků z každé ze 6 sad byla přidána 42

suspenze boraxu a do dalších tří suspenze peroxoboritanu sodného v Hanksově roztoku o koncentracích 16, 8 a 4 mg.cm-3. Objem všech vzorků byl doplněn na 200 mm3 fosfátovým pufrem s pH 7,0. Při měření inhibice fagocytózy u vzorků, které prošly plazmovou úpravou bodovou technikou, byla již inhibující látka nanesena v kelímcích. Bylo tedy do kelímků přidáno 2 mm3 krve, 20 mm3 luminolu, 20 mm3 zymosanu a objem směsi byl doplněn na 200 mm3 fosfátovým pufrem s pH 7,0. Zymosan se nepřidával do kelímků s inhibitorem naneseným plošnou technikou. Inhibice fagocytózy byla zjišťována pomocí změny intenzity chemiluminiscenčně emitovaného světla. Intenzita emitovaného světla byla opět měřena v RLU.

12. Výsledky a diskuse 12.1. Analýza peroxoboritanu sodného Při provedení chemické reakce podle Rovnice č. 22 byl pozorován růst bílých krystalků na první pohled stejných jako borax. Tento jev je důsledkem toho, že jak peroxoboritan sodný, tak borax krystalují v jednoklonné soustavě. Rozdíl mezi boraxem a pravděpodobným peroxoboritanem sodným byl patrný již z toho, že peroxoboritan se rozpouštěl mnohem hůře ve vodě, než borax. Po přefiltrování byla bílá krystalická látka zvážena a její hmotnost byla 710,83 g, což je 115,81 % maximálního teoretického výtěžku. Hodnota procenta maximálního teoretického výtěžku je nesmyslná. Vysoká hmotnost produktu může být způsobena vlhkostí, protože byl produkt sušen v digestoři pouze 24 hodin. V případě peroxoboritanu sodného byla jeho struktura ověřována pomocí ICP-AAS, IR spektrometrie a termogravimetrie. S použitím ICP-AAS bylo zjišťováno, zda procentuální zastoupení sodíku a boru ve vzorku odpovídá skutečnému zastoupení těchto prvků v peroxoboritanu sodném. Pomocí IR spektrometrie měl být nalezen pík mezi 900 a 1000 cm-1, který by odpovídal peroxidické skupině -O-O- a pomocí termogravimetrie bylo zjišťováno, na jakou látku se rozkládá peroxoboritan sodný při zahřívání. Po měření ICP-AAS vyšly hodnoty procentuálního zastoupení boru a sodíku, které jsou uvedené v Tabulce č. 6. Pro zjištění, jestli předpokládaný peroxoboritan sodný není nezreagovaný borax, byl změřen i referentní vzorek boraxu. Tabulka č. 6: Výsledky ICP- AAS Obsah Vypočtená hodnota (%) Experimentální hodnota (%) 14,94 14,89 Na v NaBO3.4H2O 7,03 6,41 B v NaBO3.4H2O 12,05 12,44 Na v Na2B4O7.10H2O 11,34 11,12 B v Na2B4O7.10H2O Podle hodnot z Tabulky č. 6 lze vyvodit závěr, že syntéza peroxoboritanu sodného byla úspěšná. Z tabulky je patrné, že se experimentální hodnoty liší jen velmi málo od vypočtených hodnot, jediná větší odchylka je v případě obsahu boru v NaBO3.4H2O. To může být zapříčiněno tím, že vzorek mohl obsahovat ještě stopy nezreagovaného boraxu. IR spektrum mělo potvrdit analýzu pomocí ICP- AAS. Celé spektrum uvádí v Příloha č. 1. Jak bylo výše zmíněno, byl podle publikace hledán pík mezi 900 a 1000 cm-1, který by dokazoval přítomnost peroxoskupiny. Tento pík byl nalezen na 921 cm-1, což dokazuje, že peroxoskupina je ve sloučenině je opravdu přítomna. Bohužel toto spektrum blíže nevypovídá o struktuře sloučeniny. 43

Výsledek termogravimetrické analýzy je znázorněn Grafem č. 1

Graf č. 1: Termogram vzorku peroxoboritanu sodného Z grafu je patrné, že se nejprve vypařuje krystalová voda. Tabelovaná hodnota obsahu bezvodého peroxoboritanu sodného v jeho hexahydrátu je 64,90 %. Při 347,29 °C dochází nejspíše k fázovému přechodu, kde se z tuhé látky stává kapalina. Nad teplotou 600 °C je nejpravděpodobnějším procesem vznik taveniny borového skla o přibližném složení Na3BO3 (jeho, zastoupení peroxoboritanu sodném je 41,53 %).

12.2. Analýza kyseliny peroxoborité Jak bylo zmíněno v kapitole 10.2., k předpokládané kyselině peroxoborité vedla pouze reakce kyseliny borité s peroxidem vodíku. Při této reakci se vysrážely bílé krystalky podobné sněhovým vločkám, které nebyly rozpustné ve studené vodě. Hmotnost krystalků byla 1,05 g, což je 8,34 % maximálního teoretického výtěžku. Podle publikace13 by kyselina peroxoboritá měla být peroxidickým solvátem kyseliny borité H3BO3.H2O2. Tento solvát by měl být silnou kyselinou. Toto tvrzení bylo ověřováno pomocí ICP- AAS, a termogravimetricky. Metodou ICP-AAS bylo měřeno procentuální zastoupení boru ve vzorku předpokládané kyseliny peroxoborité a pro srovnání i v kyselině borité.

44

Tabulka č. 7: Výsledky ICP- AAS Obsah boru Vypočtená hodnota (%) Experimentální hodnota (%) 13,89 12,40 v H3BO4 17,48 15,13 v H3BO3 Podle hodnot z Tabulky č. 7 je zřejmé, že neznámá látka není totožná s kyselinou boritou. Vzhledem k tomu, že stanovení B v obou látkách je zatíženo přibližně stejnou, evidentně systematickou, chybou, můžeme pokládat syntetizovanou látku skutečně za kyselinu peroxoboritou o vzorci H3BO4. Metoda ICP-AAS však nevyloučila úplně přítomnost solvátu (H3BO3.H2O2), v němž je procentuální zastoupení boru 11,28 %. Vyšší hodnotu zastoupení boru ve vzorku kyseliny peroxoborité by pak bylo možno vysvětlit přítomností nezreagované kyseliny borité. Výsledek termogravimetrické analýzy vyjadřuje Graf č. 2.

Graf č. 2: Termogram vzorku kyseliny peroxoborité Z grafu je patrné, že při zahřívání látky na 400 °C činí zůstatková hmotnost 55,89 %. Jediná možná sloučenina, která může vznikat z kyseliny peroxoborité při této teplotě je oxid boritý. Oxid boritý však tvoří pouze 45,91 % kyseliny peroxoborité, což je velká odchylka od experimentální hodnoty. Kdyby se však kyselina peroxoboritá před měřením rozpadla na kyselinu boritou, zůstatek oxidu boritého po zahřívání kyseliny borité by činil 56,31%, zde je pouze malá odchylka, proto můžeme tvrdit, že se kyselina peroxoboritá před analýzou rozložila na kyselinu boritou. Pro kontrolu byla provedena také TGA pro kyselinu boritou. (Graf č. 3)

45

Graf č. 3: Termogram vzorku kyseliny borité Z grafu lze vyčíst, že zůstatek po zahřívání kyseliny borité je 56,21 %, to je podobná hodnota jako při analýze kyseliny peroxoborité (55,89 %). Pro porovnání jsou výsledky zastoupení procentuálního B2O3 v jednotlivých látkách uvedeny v Tabulce č. 8.

Tabulka č. 8: Srovnání procentuálního zastoupení B2O3 v jednotlivých látkách

H3BO4 H3BO3 H3BO3.H2O2

Úbytek při zahř až na B 2O 3 Minus voda a O Minus voda Minus voda a peroxid

Teoretická hodnota v % 45,91 56,31 36,33

Experimentální hodnota 55,89 56,21 -

12.3. Antibakteriální účinky sloučenin boru V experimentu byla zkoumána hodnota Relative Light Unit (RLU) na čase. Graf č. 4 a Tabulka č. 9 ukazují závislost RLU na čase pro borax a peroxoboritan sodný o koncentracích 5, 10 a 15 mg.cm-3. Ve vzorku „kontrola“ nebyla přidána žádná antibakteriální látka. Procentuální zastoupení živých bakterií bylo vypočteno jako podíl hodnoty RLU v určitém čase za přítomnosti bakteriocidní látky a kontroly ve stejném čase (Tabulka č. 8).

46

Graf č. 4: Změna luminiscenčního signálu v čase Tabulka č. 9: Podíl živých bakterií za přítomnosti boraxu a peroxoboritanu (uvedené v %) Čas Kontrola Borax Borax Borax Perox. Perox. Perox. (min) 15 mg.cm-3 10 mg.cm-3 5 mg.cm-3 15 mg.cm-3 10 mg.cm-3 5 mg.cm-3 100 9,03 10,72 14,64 0,03 0,03 0,03 10 100 6,60 8,17 13,10 0,02 0,02 0,02 20 100 5,65 8,39 13,50 0,01 0,01 0,01 30 100 5,70 8,58 11,99 0,006 0,009 0,009 40 100 5,94 8,49 12,09 0,003 0,003 0,003 50 100 5,82 7,85 11,77 0 0 0 60 100 5,63 7,24 10,95 0 0 0 70 100 5,31 6,52 9,96 0 0 0 80 100 4,94 5,94 9,39 0 0 0 90 100 4,35 5,24 8,44 0 0 0 100 100 3,85 4,74 7,85 0 0 0 110 100 3,28 4,15 7,25 0 0 0 120 V Tabulce č. 9 pozorujeme, že peroxoboritan sodný má při všech použitých koncentracích na bakterie zhoubné účinky již po několika minutách působení. Po 10 minutách působení je přítomno pouze 0,03 % živých bakterií z počátečního množství v případě všech použitých koncentrací peroxoboritanu a po 1 hod uhyne 100 % bakterií. Nástup účinku peroxoboritanu je ihned od počátku jeho působení mohutný, po 10 min klesá úbytek živých bakterií pozvolně. Experiment dokázal, že i samotný borax má také významné bakteriocidní účinky. Stejně jako v případě peroxoboritanu dochází i v případě boraxu k rychlému úhynu bakterií zejména na počátku měření. Na rozdíl od peroxoboritanu u boraxu je zcela jasná závislost antibakteriálních účinků na jeho koncentraci, dalším významným rozdílem je i to, že borax ani po 2 hodinách působení nezahubí všechny bakterie.

47

Po provedení experimentu bohužel nebylo možné blíže srovnat antibakteriální účinky peroxoboritanu a boraxu, protože koncentrace obou látek jsou příliš vysoké. Látky o těchto koncentracích zahubily téměř všechny bakterie. V příštím experimentu bylo tedy nutné snížit koncentrace obou látek. Výsledky ukazují Graf č. 5 a Tabulka č. 10.

Graf č. 5: Změna luminiscenčního signálu v čase Tabulka č. 10: Podíl živých bakterií (vyjádřeno v %) Čas (min) 10 20 30 40 50 60

Kontrola

100 100 100 100 100 100

Borax 1mg.cm-

Borax 0,5mg.cm-

Borax 0,1 mg.cm-

Perox. 1 mg.cm-

Perox. 0,5 mg.cm-

Perox. 0,1 mg.cm-

3

3

3

3

3

3

71,91 72,38 64,32 69,58 75,77 81,74

76,59 82,76 65,05 69,32 81,99 86,10

89,26 91,11 75,96 81,08 82,17 84,92

0,02 0,006 0,005 0,005 0,004 0,003

63,27 67,38 61,02 57,99 54,00 52,57

101,17 93,83 65,06 69,65 69,50 78,29

Při nižších koncentracích již vidíme, že se jak u boraxu, tak u peroxoboritanu, výrazně snížila jejich antibakteriální aktivita. Při vyšších koncentracích byl pozorován výrazný skokový pokles počtu živých bakterií na začátku měření, při výše uvedených koncentracích je pozorován extrémní skokový pokles pouze u peroxoboritanu o koncentraci 1 mg.cm-3. Již tak malá koncentrace stačí k zahubení více než 99% všech bakterií. V případě obou látek lze také pozorovat, že bakterie mohou v přítomnosti látky o nízké koncentraci také růst. Na rozdíl od pokusů s vyššími koncentracemi, v pokusu s nižšími koncentracemi je jasná závislost antibakteriálních účinků na struktuře látky a také na koncentraci látky. Z dat je možné vyčíst, že na konci experimentu po 60 min přežívá podobný zůstatek bakterií u boraxu o koncentraci 1 mg.cm-3 a peroxoboritanu o koncentraci 0,1 mg.cm-3. 48

Experimenty tedy potvrdily očekávání. Prokázaly, že peroxoboritan sodný vykazuje extrémní antibakteriální účinky již od nízkých koncentrací a také, že svými antibakteriálními účinky výrazně předčí borax. Prokázalo se, že zahubení 100 % bakterií trvá s použitím peroxoboritanu sodného asi 60 min při koncentracích vyšších, než 1 mg.cm-3, v případě použití boraxu je i po 2 hodinách měření při koncentraci 15 mg.cm-3 přítomno 3,28 % živých bakterií.

12.4. Antibakteriální účinky sloučenin boru ošetřených plazmatem Další experimenty byly věnovány studiu, jak plazmová technologie ovlivnila antibakteriální účinky boraxu a peroxoboritanu sodného. Jak bylo uvedeno v kapitole 11.4., byla jako proměnná použit výkon plazmového generátoru. Při experimentech byla opět měřena závislost RLU na čase. Grafy č. 6- 9 a Tabulky č. 11- 14 vyjadřují zastoupení živých bakterií po aplikaci sloučenin boru ošetřených plazmatem.

Graf č. 6: Změna luminiscenčního signálu v čase

Tabulka č. 11: Podíl živých bakterií (vyjádřeno v %) Čas (min) Kontrola 150 W 180 W 200 W 250 W 100 93,27 94,47 91,55 90,54 10 100 91,82 91,97 93,58 91,73 20 100 94,20 94,86 94,06 93,95 30 100 95,03 96,65 95,73 95,32 40 100 97,06 98,81 98,16 97,36 50

49

Graf č. 7: Změna luminiscenčního signálu v čase

Tabulka č. 12: Podíl živých bakterií (vyjádřeno v %) Čas (min) Kontrola 150 W 180 W 200 W 250 W 100 97,98 97,73 97,96 96,97 10 100 94,63 95,75 95,62 94,75 20 100 95,81 97,17 96,73 96,30 30 100 97,37 98,43 98,42 97,58 40 100 98,99 99,93 100,41 99,59 50

Graf č. 8: Změna luminiscenčního signálu v čase

50

Tabulka č. 13: Podíl živých bakterií (vyjádřeno v %) Čas (min) 10 20 30 40 50 60

Kontrola 100 100 100 100 100 100

Vzorek 1 100,88 99,83 99,05 98,29 98,92 98,80

Vzorek 2 99,99 97,68 97,56 97,27 99,81 102,00

Vzorek 3 97,73 95,78 96,06 96,21 97,58 99,98

Vzorek 4 97,99 95,88 96,52 96,87 98,21 100,20

Vzorek 5 100,80 98,38 98,40 98,17 99,82 102,45

Vzorek 6 103,08 100,12 99,60 98,94 99,55 101,82

Průměr

Vzorek 7 100,96 98,72 97,44 97,70 99,33 101,43

Vzorek 9 98,29 95,09 94,24 94,50 95,76 98,02

Vzorek 11 97,14 94,66 94,45 94,86 95,01 96,45

Průměr

98,76 97,94 97,90 97,63 98,98 100,87

Graf č. 9: Změna luminiscenčního signálu v čase

Tabulka č. 14: Podíl živých bakterií (vyjádřeno v %) Čas (min) 10 20 30 40 50 60

Kontrola 100 100 100 100 100 100

Vzorek 1 98,36 97,31 97,28 96,97 97,73 99,32

Vzorek 3 98,40 97,16 96,82 96,45 97,09 98,66

Vzorek 5 98,32 95,78 95,01 94,89 96,28 98,83

97,38 96,45 95,32 95,90 96,87 98,79

Z Tabulek č. 11- 14 vidíme, že se hodnoty RLU po aplikaci peroxoboritanu ani boraxu příliš neliší od kontroly a že se hodnoty neliší také mezi jednotlivými výkony. Dále také můžeme pozorovat, že rozdíl není ani mezi bodovou a plošnou aplikací, proto v následujícím odstavci budou oba experimenty popsány dohromady. V případě použití látek, které byly upravené plazmatem, je přítomno na začátku měření více než 97 % bakterií. Na konci měření je přítomno ve většině případů více než 98 % bakterií. Nejnižší hodnotu počtu živých bakterií má peroxoboritan sodný nanášený bodovou technikou při výkonu plazmového generátoru 150 W a to 97,06 %. I tato hodnota je velmi 51

vysoká k tomu, aby se experiment dal pokládat za úspěšný. Některé vzorky také vykazují v průběhu měření více bakterií v přítomnosti inhibitoru, než bez něj. Čísla při bodovém nanášení peroxoboritanu sodného a boraxu ukazují, že peroxoboritan je při této technice nanášení aktivnější, při plošném nanášení by však měl mít větší antibakteriální účinky borax. Všechny hodnoty procentuálních zastoupení živých bakterií jsou si však velmi blízké, proto nelze vyloučit, že je rozdílnost hodnot zapříčiněna pouze systematickou chybou. Jediná vlastnost, v čem se liší látky nanášené bodovou a plošnou technikou je skutečnost, že u bodové techniky kolem 20. min opravdu dochází k poklesu počtu živých bakterií, po uplynutí 30. min však bakterie začínají opět růst. To může být způsobeno tím, že jakmile byla aktivní antibakteriální látka spotřebována, došlo k opětovnému růstu bakterií. Příčina, proč jsou látky po plazmochemické úpravě neaktivní, zatím není známa. Možná příčina je ta, že látka byla v plazmatu přeměněna na neaktivní formu nebo ta, že do kelímků pro biologické pokusy bylo naneseno příliš málo látky, takže koncentrace látky v kelímku byla pod hodnotou LD 50 pro bakterie, proto přítomnost látky nepřežili pouze nejslabší jedinci. Experiment bohužel nepotvrdil vliv aplikace pomocí plazmatu na antibakteriální účinky boraxu a peroxoboritanu. Očekávalo se, že antibakteriální aktivita jak boraxu, tak peroxoboritanu, vzroste, ale místo toho byl zaznamenán extrémní pokles antibakteriální aktivity u obou látek a u obou technik nanášení.

12.5. Inhibice fagocytózy Inhibice fagocytózy byla zjišťována pomocí chemiluminiscenčního stanovení, proto jsou výsledky udány opět v RLU. Měření bylo provedeno u tří lidí o různých hodnotách spontánní fagocytózy. U peroxoboritanu bohužel nebylo možné fagocytózu změřit, protože po jeho přidání do roztoku krve došlo k bouřlivé reakci, při které se uvolňoval plyn a poté, co reakce ustala, zůstala na hladině sraženina, která znemožňovala měření. Výsledky stanovení fagocytózy jsou uvedené v Tabulce č. 15. Ve sloupci Kontrola jsou uvedeny hodnoty fagocytózy bez použití inhibitoru, sloupce c= 16, 8 a 4 mg.cm-3 uvádějí hodnoty fagocytózy s přidáním inhibitoru o koncentracích 16, 8 a 4 mg.cm-3. Poznámka Spont. znamená, že se jedná o spontánní fagocytózu a poznámka Akt. vyjadřuje aktivovanou fagocytózu. Tabulkač. 15: Výsledky měření fagocytózy pro borax bez úpravy plazmatem Kontrola c= 16 mg.cm-3 c= 8 mg.cm-3 c= 4 mg.cm-3 Spont. Akt. Spont. Akt. Spont. Akt. Spont. Akt. 6,9 298 3,6 3,6 3,6 3,6 9,2 14,7 Člověk 1 5,9 104 4 nezměřeno 4,6 3,6 6,6 7,2 Člověk 2 15 188 3,4 3,4 3,4 3,7 7,2 25,7 Člověk 3 Z Tabulky č. 15 je zřejmé, že v případě tří lidí jsou výsledky velmi individuální, proto není možné udělat přesnou korelaci. U člověka 1 je patrné, že měl před použitím inhibitoru nízkou hodnotu spontánní fagocytózy (6,9), ale má velmi vysokou hodnotu aktivované fagocytózy (298), člověk 2 měl nízkou hodnotu spontánní fagocytózy (5,9) a také nízkou hodnotu aktivované fagocytózy (104) a člověk 3 měl vysokou hodnotu spontánní fagocytózy (15), ale nízkou hodnotu aktivované fagocytózy (188). Z výsledků lze také vypozorovat, že konečné hodnoty jak spontánní, tak aktivované fagocytózy po přidání inhibitoru o koncentracích 16 a 8 mg.cm-3 se skoro neliší, proto je možné se domnívat, že zvyšování koncentrací inhibitoru nepovede k účinnější inhibici. Při snížení koncentrace inhibitoru pod 8 mg.cm-3 se také snižuje inhibice fagocytózy. Překvapivé jsou výsledky, že při koncentraci boraxu 4 mg.cm-3 dochází u člověka 1 a 2 ke zvýšení spontánní fagocytózy, proto můžeme předpokládat, že borax může mít při nižších koncentracích také funkci aktivátoru fagocytózy. Srovnání měření 52

spontánní a aktivované fagocytózy měření potvrzuje, že inhibována je zejména aktivovaná fagocytóza skoro až na úroveň spontánní fagocytózy, zatímco spontánní fagocytóza klesá po použití inhibitoru mnohem méně. Protože inhibici pomocí peroxoboritanu nebylo možné změřit, nelze určit, jestli fagocytózu inhibuje více borax nebo peroxoboritan. Z výsledků je zřejmé, že borax má skutečně inhibiční účinky na fagocytózu, a to zejména na aktivovanou. Další měření bylo provedeno s boraxem a peroxoboritanem, které prošly plazmochemickou úpravou. Tentokrát bylo možné změřit obě dvě látky. Vzhledem k nedostatku vzorků byla měřena inhibice aktivované fagocytózy pouze u jednoho člověka za přítomnosti inhibitoru naneseného bodovým způsobem a inhibice spontánní fagocytózy za přítomnosti inhibitoru naneseného plošným způsobem. Výsledky obou měření jsou uvedeny v Tabulce č. 16. Tabulka č. 16: Výsledky měření fagocytózy pro borax a peroxoboritan po úpravě plazmatem Látka P= 150 W P=180 W P= 200 W P= 250 W Kontrola spont. Kontrola akt. 66 73 68 58 14 176 Perox. bod. 7 Perox. ploš. 70 47 82 59 Borax bod. 7 Borax ploš. Pozn.: Symbol P označuje výkon plazmového generátoru. Označení „bod.“ vyjadřuje, že byla látka nanesena bodově a „ploš.“ znamená, že byla látka nanesena plošně. Z Tabulky č. 16 lze vyčíst, že výkon plazmového generátoru má velký vliv na to, jak bude látka inhibovat fagocytózu, protože jednotlivé hodnoty RLU při různých výkonech jsou od sebe velmi vzdálené. Velký vliv na inhibici má také chemická struktura látky. K největší inhibici dochází u peroxoboritanu při výkonu plazmového generátoru 250 W a u boraxu při výkonu 180 W. Peroxoboritan sice vykazuje nad boraxem vyšší hodnotu inhibice při třech výkonech, nejvyšší hodnota inhibice je však u boraxu. Z tohoto důvodu nelze přesně říci, která látka je po plazmové úpravě lepším inhibitorem. Z výsledků bohužel není možné vyvodit obecné tvrzení, protože byl experiment prováděn pouze na krvi jednoho člověka. Dále také z experimentu nelze určit, jestli v přítomnosti některé z látek dochází k poškození celé buňky nebo pouze jedné její vlastnosti. Z výsledků, které máme k dispozici, bylo prokázáno, že po úpravě sloučenin pomocí plazmatu sice dochází k inhibici fagocytózy za použití obou sloučenin, ale ne k vyšší, než za použití látek bez plazmové úpravy. Nad očekávání se však objevila skutečnost, že látky s plazmovou úpravou na rozdíl od látek bez plazmové úpravy inhibují také spontánní fagocytózu.

53

13. Závěr Po provedení experimentů bylo dosaženo výsledků, ze kterých je možné udělat následující závěry:

-

Podařilo se syntetizovat peroxoboritan sodný NaBO3.4H2O a kyselinu peroxoboritou H3BO4.

-

Prokázalo se, že jak borax, tak peroxoboritan sodný mají velmi vysoké antibakteriální účinky a peroxoboritan má tyto účinky více, než 10x silnější, než borax.

-

Aplikace látek pomocí plazmatu se ukázala jako neúčinná v případě antibakteriálních účinků jak při bodové aplikaci, tak při plošné. Antibakteriální účinky nejsou závislé na výkonu plazmového generátoru ani na aplikované sloučenině.

-

Borax má velké inhibiční účinky na aktivovanou fagocytózu a v nižších koncentracích je podezření, že může být aktivátorem spontánní fagocytózy.

-

Plazmová úprava látek nezvyšuje inhibici aktivované fagocytózy, ale snižuje ji. Je podezření, že látky po plazmové úpravě mohou inhibovat také spontánní fagocytózu. Inhibice fagocytózy byla závislá na výkonu plazmového generátoru.

54

Seznam zkratek PS-

Periodická soustava prvků

pKa-

konstanta acidity

kat.-

katalyzátor

BPA-

p-boronofenylalanin

ACBC- 1-aminobutyrkarboxylová kyselina CAS- číslo určené chemickou společností American Chemical society, je to jednoznačný numerický identifikátor pro různé chemické látky LB-

Lysogeny Broth- roztok bohatý na látky podporující růst bakterií (peptidy a kaseinové proteiny, vitamíny, minerály a stopové prvky)

TGA- Termogravimetrická analýza ICP- AES-

Inductively Coupled Plasma- Atomic Emission Spectroscopy- Atomová emisní spektroskopie s indukčně vázaným plazmatem

RLU- Relative Light Unit- Jednotka intenzity chemiluminiscenčně nebo bioluminiscenčně emitovaného světla oxoxidační činidlo typu O2-, O22-

55

Příloha č. 1: IR spektrum peroxoboritanu sodného

56

Použitá literatura 1) Atkins P., Overton T., Rourke J., Weller M., Armstrong F., Hagerman M.: Shriver and Atkins‘ Inorganic chemistry, Oxford University Press, 2010Li 2) Toužín J.: Stručný přehled chemie prvků, Tribun EU, Brno, 2008 3) Li Wai-Kee, Zhou Gong-Du, Mak Thomas C.W.: Advanced structural inorganic chemistry, Oxford University Press, 2008 4) Mark J. E., Allock H. R., West R.: Inorganic polymers, Oxford University Press, 2005 5) Davidson M. G., Hughes A. K., Marder T. B., Wade K.: Contemporary boron chemistry, The Royal Society of Chemistry, Cambridge, 2000 6) Olah G. A., Surya Prakash G.K., Molnár A., Sommer J.: Superacid chemistry, nakl. John Wiley and sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2009 7) Kutinová B., Levinský O., Šelepová I., Žák J.: Technický naučný slovník 1. díl A-D, SNTLNakladatelství technické literatury, Praha, 1981 8) Treadwell F.P.: Analytical chemistry, Volume II- Quantitative analysis, nakl. John Wiley and sons, Inc., New York (Anglický překlad z německého textu: Hall T. William, nakl. Chapman and Hall, London, 1919) 9) McMurry J.: Organic chemistry, Brooks/Cole, a Thomson Learning company, 2004 (Překlad: Jonas J., Klinot J., Klinotová E., Liška F., Potáček M., Svoboda J., Trnka T.: Organická chemie, VUTIUM, Brno, 2007) 10) Martišovitš V.: Základy fyziky plazmy, Vydavatelstvo Univerzity Komenského, Bratislava, 2006 11) Kolektiv autorů: Ilustrovaný encyklopedický slovník a-i, Academia, Praha, 1980 12) Brauer G., Handbook of preparative inorganic chemismy, Academic press, New York, London, 1963 13) Hollemann A. F., Wiberg E. a N.: Lehrbuch der Anorganischen chemie, Walter de Gruyter and Co. 2007 Berlín 14) Treadwell F.P.: Analytical chemistry, Volume I- Qualitative analysis, nakl. John Wiley and sons, Inc., New York (Anglický překlad z německého textu: Hall William T., nakl. Chapman and Hall, London, 1916) 15) Mikulčák J., Klimeš B., Široký J., Šůla V., Zemánek F.: Matematické, fyzikální a chemické tabulky pro střední školy, Státní Pedagogické Nakladatelství Praha, 1988 16) Kolektiv autorů: Anglicko-český, česko-anglický příruční slovník, Lingea, 2006 17) Kolektiv autorů: Technický slovník anglicko-český, česko-anglický, Lingea, 2010 18) Vohlídal J., Julák A, Štulík K., Chemické a analytické tabulky, Grada Publishing, Praha, 1999

Internetové a časopisové zdroje 19) Obchodní katalog spol. Lonza Walkersville, Inc., Hank’s Balanced Salt Solution, ©2007 20) Oxley jimmie, Smith James, Brady Joseph, Dubnikova Faina, Kosloff Ronnie, Zeiri Leila Zeiri Yehuda: Raman and infrared fingerprint spectoscopy of peroxide-based explosives, Applied spectroscopy, vol. 62, Number 8, 2008 21) Kania Patrik: Infračervená spektroskopie, další údaje neznámé 22) Abdalla Mohamed O., Ludwick Adriane, Mitchell Temisha: Boron- modified phenolic resins for high performance applications, Polymer 44 (2003) str. 7353- 7359, nakl. Science direct 23) Mourant Daniel, Yang Dian- Qing, Lu Xiao, Riedl Bernard, Roy Christian: Copper and boron fixation by pyrolytic resinos, Bioresource Technology 100 (2009) str. 1442- 1449 57