​​Не знаю, задумывался ли кто-то когда-либо о том, каковы основные механизмы порчи продуктов. Большинство скорее всего скажет "бактерии/плесень". Хорошо, 50% правды в этом утверждении имеется, но если отбросить наших маленьких друзей в сторону, то в чистом статистическом остатке будет прогоркание жиров и ферментативное побурение. На дворе осень, только что собраны овощи и фрукты, грех не черкнуть пару слов про ферменты. Думаю информация эта может быть кому-то полезной и выступит своеобразным intro к находящийся в разработке статье о поглотителя кислорода.

Итак, ферментативное потемнение/побурение (англ. enzymatic browning) - это процесс, который наблюдается не только у фруктов/овощей, но даже у морепродуктов (креветки, лангусты и крабы). Фактически, это естественный природный процесс ("природа рисует"). В качестве основы для "красок" на растительном "холсте" выступают уже знакомые моим постоянным читателям полифенолы. А в качестве "кистей" выступают различные ферменты, для которых полифенолы являются субстратом. Потемнение разрезанных и подвергающихся воздействию кислорода воздуха яблок/картофеля/помидоров - это все ферментативное побурение (а не "железо окисляется", как вам рассказывают из телевизора/бабушка на даче).

В качестве инициатора механизма ферментативного потемнения может выступать любой процесс, вызывающий разрушение растительных клеток. ля растения созревание означает готовность семян и плодов к распространению. В плодах растений, по мере их созревания мембраны в клетке начинают ослабевать за счет растворения пектина. Происходит расщепление элементов клеточных стенок (пектиназа и пектинэстераза растворяют стенки клеток и смягчают фрукт), гидролиз крахмала (амилаза превращает крахмал в олигосахариды), исчезновение органических кислот и фенольных соединений, в том числе таннинов (гидролаза гидролизует хлорофилл, из-за чего кожица начинает тускнеть) и накопление сахаров.

Старение овощей и фруктов - это исчезновение упорядоченной клеточной структуры. Нарушение целостности клеточной мембраны позволяет фенольным соединениям (таким как тирозин, или например, дофамин) в вакуоле клетки вступать в контакт с ферментами вроде полифенолоксидаз. Полифенолоксидазы - это широко распространенные в природе ферменты, впервые обнаруженные в грибах. Они находятся в пластидах и хлоропластах растений и выполняют защитную функцию.

В присутствии кислорода воздуха упомянутый фермент катализирует первые стадии биохимического превращения фенольных соединений с образованием хинонов, которые потом полимеризуются с образованием темных нерастворимых полимеров - меланинов. Меланины образуют защитные области, обладающие антимикробными свойствами, и предотвращают возникновение и распространение инфекции в тканях растений.

Полифенолоксидаза катализирует две основные реакции: гидроксилирование и окисление. Обе реакции используют молекулярный кислород (воздух). Реакция зависит не только от наличия воздуха, но и от pH (кислотности) - ферменты не работают в кислотных (рН <5) или щелочных (рН> 8) условиях. Так что, чтоб сохранить продукт с огорода нужно либо инактивировать неким образом фермент (заморозить, нагреть или т.п.) либо удалить некоторые компоненты (хотя бы кислород) из реакции.

Например для бананов лучшими способами предохранения от ферментативного потемнения будет погружение в антиоксидантный раствор и выдержка в нем на протяжении 2 минут. Состав раствора: хлорид кальция 1%, аскорбиновая кислота 0,75%, цистеин 0,75% (другие способы). Для яблок для предотвращения ферментативного потемнения нужно либо погрузить яблочко в раствор 1% аскорбиновой кислоты и затем обработать ультразвуком с частотой 40 кГц либо погрузить плод в раствор 0,5-1% аскорбиновой кислоты + 0,1-0,5% цистеина + 0,005-0,02% гексилрезорцина и покрыть пчелиным воском. Имеются рецепты борьбы с побурением и для картошки, чеснока, авокадо. Но навряд ли вам о них расскажут повара с youtube ;)

​​Второй важный "внутренний" вредитель наших кладовых и каморок - это прогоркание (англ. rancidity). По своей сути это процесс окисления и/или гидролиза жиров и масел, который, во-первых, приводит к образованию вредных реакционоспособных продуктов, а во-вторых позволяет образовавшимся полупродуктам реагировать c белками, сахарами, пигментами и витаминами, ухудшать вкус/запах продуктов и уменьшать питательную ценность.

Прогоркание можно условно разделить на три подвида: гидролитическое, оксидативное и ферментативное. Гидролитическое прогоркание - это гидролиз жиров до глицерина и свободных жирных кислот (в принципе процесс аналогичен образованию мыла). Под воздействием высоких температур, повышенной влажности, щелочного рН происходит частичный или полный гидролиз эфирных связей липидов. Этот тип прогорклости довольно часто встречается в эмульсиях (масло, маргарин, сливки). Ферментативное прогоркание - это то же гидролитическое, но инициаторами выступают ферменты (как правило микробные) липазы. И самый распространенный и действенный процесс - это окислительное прогоркание. По сути это реакция окислительной деградация липидов, происходящая под действием свободных радикалов. Именно этот механизм является главным поражающим фактором при радиоактивном облучении (убивает не радиация, убивает "оксидативный стресс" после радиолиза воды в клетках). Именно с перекисным окислением липидов борются все ваши зеленые чаи, витамины и БАДы, направленные на защиту от старения и гепатопротекцию ("народно-печеночная" расторопша). С пероксидами с различной эффективностью борются и пищевые антиоксиданты (стабилизаторы/антиокислители) во всевозможных продуктах.

Свободные радикалы образуются в результате реакции ненасыщенных жирных кислот (те самые "из каждого утюга" омега-3, омега-6) с молекулярным кислородом в присутствии ионов металлов (Fe/Cu), перекиси водорода, ультрафиолета. На первой стадии окисления возникают гидропероксиды, которые в дальнейшем превращаются в альдегиды, кетоны, кислоты и других низкомолекулярные летучие вещества.

В каждом конкретном случае механизмы реакции и скорость их протекания (= скорость окисления) зависят от состава жирных кислот, присутствия прооксидантов/антиоксидантов, от типа липидов (триацилглицериды, диацилглицериды, фосфолипиды etc.), от условий хранения (температура, свет, доступность кислорода и влажность). Во многих случаях, особенно если речь идет про легкоокисляющиеся жиры, для инициирования окисления нет нужды в ультрафиолете или радиации, вполне хватит и кислорода воздуха да комнатной температуры (а то и гораздо ниже комнатной - многие продукты окисляются при хранении в холодильнике и замораживании). Этот процесс еще называется самоокислением или автоокислением. Подвержена ему не только еда, но промышленные смазочные масла, топливо, СОЖи. Самоокисление также является одной из причин старения полимеров и разрушения изделий из каучуков.

Для многих продуктов, представляющих собой смесь компонентов можно использовать антиоксиданты. Но для объектов, которые нельзя с чем-то смешать - единственная надежда это поглотители кислорода. Несмотря на то, что в последнее время все чаще производители упаковочных материалов стараются соединить приятное с полезным и вводят в сугубо полимерные пленки дополнительные функциональные слои, способные связывать кислород, как таковая адсорбция кислорода все еще является rocket science (=пока украсть не смог) для нашего китайского друга, и купить такие штуки можно разве что на ebay. Хотя рынок этого направление растет семимильными шагами каждый год.

To be continued...

​​OXYGEN SCAVENGER/АДСОРБЕР КИСЛОРОДА

Надеюсь, прочитав предыдущие заметки читатель осознал, насколько все печально в мире традиционной упаковки. А если осознал, то значит готов воспринимать информацию про упаковку завтрашнего дня. Ту, которая способна сама поглощать кислород, главную причину почти всех химических процессов приводящих к порче продуктов питания.

Что же представляет из себя этот таинственный поглотитель кислорода? А по сути ничего сложного, любое вещество, способное легко окислятся - это почти готовый адсорбер кислорода. Первым таким "устройством", запатентованном в США еще в 1896 году был пузырек со щелочным раствором пирогалловой кислоты, который погружался в герметичную стеклянную емкость, требующую "обескислороживания". В тех пор особенно ничего не изменилось, галловая кислота до сих пор может использоваться для связывания кислорода. Правда используется она редко, ибо достаточно дорога. Не меньшей эффективностью обладают доступные и простые химические реактивы, вроде элементарного железа, оксида железа (II), аскорбиновой кислоты и ее солей, полиненасыщенных жирных кислот с катализаторами из переходных металлов, тиосульфаты, гидросульфиты и множество других (см. таблицу).

Некоторые из соединений могут начинать поглощать кислород сразу после контакта с кислородом воздуха при комнатной температуре и наличии хоть какой-то влажности. Некоторые требуют предварительной активации (например, с помощью ультрафиолета или магнитного поля). Самый распространенный на сегодняшний день тип адсорбера кислорода - это адсорбер на основе мелкодисперсного железа. Эффект связывания кислорода достигается благодаря абсолютно всем знакомого ржавления (коррозии) железа на влажном воздухе. В этой химической реакции расходуется кислород и вода (на 1 г железа - 300 см3 кислорода и 0,5 г воды). Т.е. в простейшем применении порошкообразное железо в проницаемой для воздуха и паров воды упаковке - готовый защитник продуктов от окисления. На практике к железу добавляют различные добавки. Например галогениды щелочных металлов, как активаторы. Или, в случае адсорберов для сухих продуктов, цеолиты выступающие донорами воды для реакции ржавления. В состав поглотителя может входить даже активированный уголь, чтобы связывать (как, что и почему - смотрим здесь) летучие органические молекулы и удалять возможные источники посторонних запахов.

На мое удивление, китайский иннопром пока еще не наладил масс-маркет производство адсорберов кислорода, то в статье, помимо описания различных вариантов я набросал и простенькую инструкцию по изготовлению таких "устройств" самостоятельно. Затраты минимальны (железо да соль), а в деле долгосрочного хранения легко окисляющихся продуктов - огромное подспорье.

В каком случае адсорбер вам точно пригодится:
- в случае если нужно сохранить ароматы, вроде свеже обжаренного кофе, специй, или продуктов со специями;
- в случае если нужно предотвратить окисление жирных продуктов, например орехов,сушеного/вяленого мяса, сыров;
- в случае если необходимо долгосрочное хранение легко окисляющихся медикаментов.

Ну и конечно же при упаковке круп в НЗ на долгосрочное хранение steanlab™ настоятельно рекомендуэ закидывать адсорбер кислорода (хоть DIY, хоть заводской) в любую PET-бутылку или куда вы засыпаете это все с пшеном и другими злаками, богатыми на жиры.

​​🍒🥝 🍋🍆🍎🥒🍊🥑🍐🍍🍇🍌🥭🍉🍓🍅

"бойцам климатерия" посвящается...(= всем кто хранит огурцы в одном пакете с помидорами)

Казалось бы, кислород поглотили и все? А ведь есть еще что сказать и про ферментативное побурение и старение/овощей и фруктов.

Чаще всего в перезревании виноват этилен (молекулы на картинке), простейший представитель растительных фитогормонов. Боятся этилена не стоит, так как его синтезируют все растения (+грибы). Особо высоким содержанием этилена отличаются созревающие плоды (в яблоках бывает до 2500 нл этилена на грамм сырой массы). Этилен контролирует в растениях множество процессов, в т.ч. возникающих при стрессовых воздействиях (затопление, охлаждение яблоки в холодильник или высокие температуры, патогены, засуха). Именно поэтому часто этилен еще называют стрессовым гормоном.

У некоторых фруктов обработка плодов этиленом активирует его синтез и вызывает еще большее повышение содержания этого гормона в тканях при созревании (автокаталитическая реакция).

Примерами таких, т.н. климактерических плодов, являются 🥝 киви, 🍎 яблоки, 🍐 груши, 🍌бананы, 🥭 манго, 🍑 персики, 🥑 авокадо, 🍅томаты, ХУРМА (полный список - здесь). Разница "мощности" → таблица.

Этилен не работает в случае цитрусовых (🍋/🍊), 🍇винограда, 🍒 вишни, 🍍ананаса, 🍓клубники, 🍉арбуза, 🎃тыквы, 🥒огурца, 🍆баклажана (полный список - здесь). Такие плоды принято назвать неклимактерическими.

Климатерическими можно считать и срезанные цветы, а также комнатные растения. Поэтому, комбинация букета роз и подноса с фруктами в закрытом помещении = max скорость старения и увядания роз. Но с другой стороны, теперь вы знаете как заставить быстрее назреть, например, зеленые помидоры. В пакет вместе с зелеными бананами их!

Что же можно сделать с этиленом с точки зрения химика (про лайфхаки с холодильником, фольгой и проч "тысячи их" говорить даже не стану). Адсорбировать&окислять! Из-за своей двойной связи этилен является очень реакционноспособным соединением. В качестве поглотителей могут использоваться активированные угли, целиты, бентониты, фуллерова земля, силикагели и проч. Способны связывать этилен и пропиленгликоль, гексиленгликоль, сквален (из масла зародышей пшеницы например).

Наиболее эффективный способ удаления этилена - комбинация адсорбента с катализатором. Примером может служить активированный уголь пропитанный, например, смесью 15% бромата калия и 0,5 М серной кислоты. В качестве каталитических окислителей для пропитки пористых адсорбентов (а основном, силикагеля) могут использоваться также дихромат калия, перманганат калия, нитрат серебра. Самый распространенный сегодня промышленно выпускаемый поглотитель этилена - это "марганцовка" KMnO4 иммобилизованная на инертном носителе с большой площадью поверхности, вроде силикагеля (о чем намекает фиолетовый цвет шариков, см. картинку).

Еще один популярный способ удаления этилена - это цеолиты или глины, которые вкладываются в ящики с фруктами овощами. Чаще всего поглотитель представляет собой бентонит в полиэтиленовом пакете. Теоретически, для достижения такого эффекта можно использовать практически любой высокодисперсный материал. Японский бренд поглотителей этилена Orega, например, содержит мелкопористый композит, состоящий из пемзы, цеолита, активированного угля, кристобалита и клиноптилолита, смешанных с оксидом металла. Поглотитель компании Nissho and Co. состоит из синтетической пленки или волокнистого материала, в которых иммобилизирован измельченный коралл.

Так что продлить (в разумных пределах) жизнь овощей и фруктов, снижая концентрацию этилена - вполне под силу каждому. И для этого даже не нужно покупать ничего на aliexpress. Просто держите в емкости с плодами пористые материалы (ту же фуллерову землю, цеолиты, бентониты - где взять смотреть статью Когда молчит Водоканал. Эффективная очистка питьевой воды в домашних условиях), ну или делайте высокотехнологичный поглотитель, пропитывая уголь/диатомит в растворе марганцовки.

​​Часто плесневеет хлеб? Заметка для вас

Новый старый друг. Я с ностальгией вспоминаю первую половину 2020 года, когда в Беларуси остро ощущался недостаток этилового спирта (как антисептика). Даже бывалые алкоголики не спешили принимать спирт внутрь, экономили его для наружного применения. С тех пор все поменялось, спирт снова стал чем-то обыденным и "время чудес" прошло.

Сейчас, как и в доковидные времена, спирт традиционно используется как средство для стерилизации или дезинфекции поверхностей. Напомню, что в высоких концентрациях (60-75% об. ) этанол действует против вегетативных клеток микроорганизмов, денатурируя белок протопласта (в статье описано как и за счет чего). При этом даже более низкие концентрации спирта (5-20% об. ) обладают защитным действием от некоторых патогенных микроорганизмов на продуктах питания.

В микробиологических in vitro испытаниях 4-12% об. этанол эффективен для борьбы с плесневыми грибами Aspergillus и Penicillium, с 10+ видами бактерий, включая S. aureus (золотистый стафиллококк) и E. coli и с вредными видами дрожжей. Большинство плесеней подавляется 4% этанолом, дрожжи более устойчивы и требуют 8% этанола. Для ингибирования S. aureus нужен 12% этанол, хотя с уменьшением количества влаги в продукте, эта концентрация снижается (более низкие концентрации этанола подходят для пищевых продуктов с низким содержания воды).

Особого внимания заслуживает "дезодорирующий" эффект спирта на хлебобулочные изделия. Еще в 1970-х годах проводились исследования, в которых срок хранения пиццы можно было продлить до 20 недель, за счет распыления на изделие 95% раствора этанола и последующей упаковки в большой незапечатанный полиэтиленовый пакет. Аналогичный эффект наблюдался и для хлеба/тортов (95% этанол в количестве 0,5-1,5% от веса продукта). В 2020 году мне повезло, и я встретил и в Беларуси такое "консервированное спиртом" хлебобулочное изделие (на картинке).

Еще дальше пошли японцы, придумав т.н. генераторы паров. Они содержат абсорбированный или инкапсулированный в пористом носителе этанол. Порошок этот запаян в пакеты из пленок с селективной проницаемостью (для быстрого/медленного высвобождения паров этанола). Таблица проницаемости различных полимеров для паров спирта - здесь.

Наиболее известные генераторы паров этанола - это системы Ethicap или Antimold 102, производимые компанией Freund Industrial Co., Ltd. . Ethicap состоит из пищевого спирта и воды (55% и 10% по весу) адсорбированного на порошке диоксида кремния (35%). Пропитанный спиртом, этот аморфный силикагель упакован в саше из ламинированной бумаги/сополимера этилвинилацетата. В Японии также используется еще один интересный генератор паров - Negamold, объединяющий в себе источник этанола и адсорбер кислорода. Правда из-за того, что этот продукт выдает гораздо меньшую концентрацию спирта, он используется реже.

Мораль истории следующая. Если вы устали от того, что хлебобулочные изделия очень быстро плесневеют - используйте пары спирта для борьбы с грибами.Если вы не планируете хранить хлеб месяцами, то и искать что-то похожее на японские Ethicap/Negamold нет смысла. Достаточно будет герметичного пакета и пропитанной >55% об. этанолом ваты. Все сказанное актуально и для круп/подобных продуктов, с той только поправкой, что спирт не спасет ни от ферментативного побурения, ни от окисления липидов.

​​Что протестующему беларусу - хорошо (лечебно/полезно), то бедному мигранту - смерть

Недавно беларуская химическая наука поднялась из пепла. Поднялась она для того, чтобы заклеймить позором польских пограничников, которые со своими водометами против бросающих камни мигрантов ну прям "как нацисты со своим циклоном-Б". Давайте же вместе посмотрим, что интересное скрывается за несвязным потоком данных условно официальных анализов воды из польских водометов.

Вашему вниманию 🆓 votum separatum/особое мнение от независимого химика.

​​Наше "радоновое" голосование можно считать свершившимся. По его результатам я понял что больше всего интересует читателя и постараюсь про это рассказать. Так что, начинаем серию историй про радон.

Вводно-справочная информация

Радон - это одноатомный инертный газ без цвета и запаха. При стандартных условиях его плотность (9,73 кг/м³) примерно в 8 раз превышает плотность воздуха на уровне моря (1,217 кг/м³). Это один из самых плотных газов при комнатной температуре и самый плотный из всех инертных газов. По сравнению с другими инертными газами радон лучше всех растворяется в воде. Кроме того этот газ достаточно легко адсорбируется тканями, бумагой, активированным углем и силикагелем, растворяется в маслах и из раствора в воде активно переходит в лед при замерзании, образуя клатраты. Радон образует устойчивые клатраты с рядом других молекулярных соединений, например, хорошо известен и применяется в "радоновой медицине" клатрат радона с глюкозой.

Радон является дочерним продуктом распада радия-226, который в свою очередь возникает при распаде урана-235, урана-238, тория-232. А так как упомянутые изотопы присутствуют практически во всех горных породах, то и радон присутствует везде.

Почему вдруг такое внимание этому инертному газу. А потому хотя бы, что согласно оценке Научного комитета по действию атомной радиации ООН, радон-222 и его ДПР определяют примерно 2/3 годовой индивидуальной эффективной дозы облучения, получаемой населением от земных источников радиации, и примерно 1/2 дозы от всех источников радиации вообще. Как практически единственный из природных радионуклидов, присутствующих в окружающей среде в виде газа (не считая трития и радиоуглерода), радон практически полностью формирует дозу облучения изнутри наших легких.

Легкие человека - это орган с высокой радиочувствительностью (из-за постоянно обновляющегося эпителия альвеол), поэтому риск рака легких при их облучении примерно втрое выше, чем общий риск онкологии при равномерном облучении тела. После распада радона, его дочерние продукты распада накапливаются в легочной ткани и постоянно облучают ее альфа-частицами с огромными энергиями (от 5 до 10 МэВ). Т.е. если использовать аналогию, обычная, всем привычная гамма-радиация - это пулька из детской пневматической винтовки, а альфа-радиация при распаде радона - это выстрелы из крупнокалиберного танкового пулемета.

Даже относительно невысокие уровни концентрации радона cразу же отражаются на уровне заболеваемости раком легких. По утверждению US Public Health Service, радон является второй после курения причиной заболеваемости опухолями этой локализации. При концентрации радона в воздухе ~200 Бк/м³ дополнительный риск заболеваемости раком легких составляет 220 случаев в год на 1 млн человек и линейно возрастает с увеличением содержания радона. Для сравнения, риск рака легких для некурящих и курящих составляет 34 и 590 случаев в год на 1 млн человек.

Существует также мнение, что радон, помимо хорошо известных стохастических эффектов, провоцирует также сердечно-сосудистые заболевания. Однако достоверных подтверждений пока нет. Как бы то ни было, бесспорно одно - радон является на настоящий момент самой главной проблемой защиты населения от радиоактивной угрозы. Особенно это относится к некоторым регионам, где радон активно выделяется из недр Земли и его концентрация в подвалах и на первых этажах зданий чрезвычайно велика. Это единственная радиационная угроза, одинаково актуальная для всего мира.

Продолжение следует...
Under construction статья - здесь

​​Подраздел: источники радона. Лечение в радоновых ваннах

Чудны чудовищны дела на пост-советском пространстве. Одни переживают про то, что вода может содержать огромные количества радона и принимая ванну каждый раз опасаются себе повысить радиационный фон в квартире, другие же целенаправленно ищут такие ванны и норовят в них залезть, да еще за огромные деньги.

Несмотря на то, что почти официально говорится "радоновая ванна=плацебо, подтверждений эффекта нет" и существует куча описаний последствий альфа-облучения легких и слизистых, санатории предоставляющие услуги "чернобыля для отдельно взятого человека" все так же существуют, более того - процветают и не имеют отбоя от посетителей (в основном пожилых людей). Копи, бабушка, деньги несколько лет, чтобы получить свои 0,4 бэр (4 мЗв). Кстати обслуживающий персонал в "радоновых санаториях" может хватануть up to 30 бэр (300 мЗв) за год, что кстати выше допустимого уровня облучения, принятого для работников атомной промышленности.

Как следует из рядов распада, основной тип ионизирующих частиц в случае радона - это альфа-частицы, «живые» ядра атомов гелия. Пробег α-частиц в веществе зависит от их энергии и от природы вещества, в котором они движутся. В среднем в биологической ткани он составляет ~40 микрометров (= глубина нескольких клеток эпидермиса). Из-за массивности частиц и относительно большой энергии они движутся по прямолинейным траекториям и сильно ионизируют все вокруг. Удельная ионизация составляет примерно 40 000 пар ионов на 1 см пробега (на всей длине пробега может создаваться до 250 тысяч пар ионов). Альфа-частицы не представляют никакой опасности внешнего облучения. Их легко удалить с одежды и кожи рук. Но совершенно другая картина наблюдается если источники этих излучений каким-то образом проникли сквозь защитные барьеры организма внутрь - при вдыхании воздуха с радоном и его продуктами распада, с зараженной ионами урана водой, через слизистые оболочки и кожу (наличие открытых ран).

Альфа-излучение является наиболее разрушительной формой ионизирующего излучения. Повреждение хромосом альфа-частицами может быть в 1000 раз больше, чем вызванное эквивалентным количеством гамма- или бета-излучения. Т.е. например вдыхаемая доза альфа-частиц представляет такой же риск, как и в 20 раз более высокая доза гамма-излучения полученная за счет проникающего излучения. Вот и представьте, чем вам может обернуться "отпуск в санатории "Радон". Неплохо последствия описаны в RU Wikipedia, дескать "условный сиюминутный эффект - уменьшение суставных болей и проч. - может быть оплачен очень тяжелыми последствиями в будущем (онкология, генетические повреждения)". У пожарных тушивших ЧАЭС тоже были мгновения ремиссии :'(

Лайфхак: для получения импровизированной радоновой ванны совсем не нужно ехать в "далекую белоруссию" и искать в лесах около г.п. Дятлово санаторий α-Радон. Достаточно промокнуть под дождем (особенно хорошо это делать там, где под землей находятся месторождения гранитов, фосфоритов и других горных пород описанных в статье). Продукты распада радиоактивного газа (²¹⁴Bi, ²¹⁸Po, ²¹⁴Pb, ²¹⁴Po, ²¹⁰Pb) неотделимо сопутствуют радону в воздухе. Дождь уносит эти пылевидные радионуклиды из воздуха и вода приобретает радиоактивность с периодом полураспада ~25 минут. Многие начинающие дозиметристы обнаруживают эту радиоактивность, протирая тряпкой любую поверхность под дождем и замеряя потом эту тряпку дозиметром. Аховые показания при этом многие принимают за последствия Чернобыльской катастрофы, Фукусимы или признаки какой-нибудь аварии на БелАЭС. На самом деле причина этому в 99% случаев все тот же радон ²²²Rn. С ним же на 1/2 связано увеличение радиационного фона во время сильных дождей. Вторая 1/2 приходится на рассеяние космических мюонов на каплях дождя с образованием вторичных электронов и тормозного гамма-излучения, но это совсем другая история.

Подробности/цифры/ссылки - смотрим в статье

Всем поклонникам радиобальнеолечения и радоновых ванн чтиво на ночь...

Необычная треш книга от Товарищества парфюмерной фабрики провизора А.М. Остроумова (1907 год). Книга небольшого размера, посвящена отвлеченным рассуждениям московского провизора о перспективах использования радия (и его солей) в косметологии и медицине. Очень "бодренькая" книга

p.s. бога ради, вы ж ее воспринимайте как книгу 1907 года (= прошло всего лишь 9 лет после открытия радия Пьером и Марией Кюри), а не как руководство к действию. Надеюсь радонотерапевты НЕ возьмут ее на вооружение. В качестве дополнительного материала рекомендую душераздирающую историю про "радиевых девушек".

Раз уж я упомянул про "радиевых девушек", будет правильным сослаться и на книгу про эту жуткую историю. Называется она "Radium Girls. Скандальное дело работниц фабрики, получивших дозу радиации от новомодной светящейся краски". Автор журналистка Кейт Мур рассказывает про трагедию, развернувшуюся в 1920-1940-х годах в США на производстве светящейся краски (ныне широко известной в узких кругах как СПД). В сообщении книга в виде fb2, версии в формате epub и mobi прикреплены к основной статье. Для тех кто предпочитает смотреть, а не читать - существует одноименный фильм. Вполне себе пособие начинающего радиофоба

​​Подраздел: источники радона. Вода и вОды

Если кто-то думал, что на курортно/санаторных ваннах история любви радона к воде закончится, то он ошибался :) Мы пойдем дальше. Надеюсь, что фильм/книга из предыдущей заметки подогрел интерес и к радию, и к его дочернему продукту - радону.

Тезисно для читателей LAB-66 повторю то, что в статье уже могли прочитать patreon-подписчики. Тезис первый: радон лучше всех остальных инертных газов растворяется в воде (~250 см³ радона в литре воды). Тезис второй: радон образуется в результате распада урана (²³⁵U, ²³⁸U), радия (²²⁶Ra), тория (²³²Th). Тезис третий: больше всего упомянутых радиоактивных ионов в таких горных породах как фосфориты, битуминозные сланцы, гранитоиды, углеродисто-кремнистые сланцы (другие минералы - здесь, радионуклиды в техпроцессах - здесь, радионуклиды в минеральном сырье - здесь).

На практике вода из подземных водоносных слоев, в зависимости от горных пород, через которые она проходит, может содержать от 20 до 44 000 Бк/м³ (1 Бк = 1 распад в секунду = 27 pCi /пикокюри/) радона. Максимумы содержания приходятся на скважины/колодцы/родники, собирающие воду из водоносных слоев проходящих в гранитах или других породах, содержащих радий (см. таблицы по ссылкам выше).Количество растворенного радона разнится в зависимости от географического положения скважины, ее глубины и температуры воды - при. нагревании растворимость инертных газов в воде уменьшается и тем значительнее, чем инертный газ тяжелее. Самая холодная вода = наиболее богата на радон.

Считается, что радон из воды - это примерно 2% от общего количества радона в помещении, хотя в случае радоноопасных регионов водопровод наоборот считается сильнейшим источником эмиссии, если вода для него берется из артезианских скважин. Выделение радона из воды происходит тем интенсивнее, чем выше площадь контакта с атмосферой и чем выше температура воды. На мытье посуды и использование душевой приходится до 98% эмиссии. Если считать, что в среднем в каком-то хозяйстве используется 1000 л воды/день, то в воздух помещения будет попадать примерно 60 pCi/сек на каждые 10 000 pCi/л радона в воде. Во время приема душа концентрация радона в помещении может подняться с 50-100 Бк/м³ до нескольких килобеккерелей на кубический метр (т.е. концентрация радона возрастает в тысячи раз). Здесь упомяну цифры из исследований проведенных в Финляндии, когда при so so уровне радона в комнатах (150-200 Бк/м³), в кухне его его уровень достигал 3000 Бк/м³ , а в ванной комнате — до 8500 Бк/м³.

Интересный источник радона - это и различные минеральные воды, особенно из горных районов («Боржоми», «Нарзан» и другие, ибо сильно насыщенная минералами вода и радон как правило неразлучны). В начале 20 века маркетологи делали на этом особый акцент, на радиоактивности (см. картинку к заметке). Сейчас, в послечернобыльское время, такой рекламы конечно не встретишь. Но ионы радиоактивных металлов никуда не делись, ведь у радия (²²⁶Ra) период полураспада 1602 года, не говоря уж про уран, где ²³⁵U - 0,7 млрд лет, а ²³⁸U - вообще 4,4 млрд лет. Так что "лечить" минеральные воды будут еще долго.

Хорошая новость в том, что аэрация (барботаж воздуха сквозь слой воды и другие методы) может серьезно, min на порядок, снижать содержание радона в воде. Помимо аэрации очистка воды от радона возможна с применением различных адсорбентов. Ведь основная цель очистки воды от радона - предотвратить его попадание в помещение. А что касается употребления воды с радоном внутрь, то кипячение ее в открытой посуде мгновенно снижает концентрацию радона в ней почти до нуля. Работает и выстаивание, причем это касается как минеральной/родниковой воды, так и обычной воды из-под крана. В общем и целом выходит, что в случае вкусовых качеств и автономности артезианские скважины выигрывают у открытого водозабора, а вот в случае радона - очень сильно проигрывают, особенно в радоноопасных районах (о них отдельная заметка).

Посвящается всем друзьям, приятелям и подписчикам из Казахстана...

Устал - отдохни. Но тогда ты никогда не будешь вождем мировой революции - говорил Че Гевара, и был безусловно прав. Вот и я, в ожидании важных-нужных технических документов решил от радона немного отдохнуть. И накропать очередную medium-публицистику. На сей раз посвящена она казахам и одному интересному пищевому продукту долгосрочного хранения...

​​РАДОН /МИНСК&БЕЛАРУСЬ)

Недавно, после публикации про курт light один читатель заметил, что беларусам интереснее радон. Дорогие мои беларусы, да! В знак признательности за такой интерес- читайте про радоноопасность нашей "Маці родная, Маці-Краіна!" и города-героя.

Тот кто читал мой отчет знает, что радон - это только горные породы. Других источников поступления нет. И вот выходит, что с геологической точки зрения около 40% территории Беларуси являются потенциально радоноопасными. Связано это как с неглубоким залеганием генерирующих радон кислых и сильно выветреных пород кристаллического фундамента (граниты и проч, перечисление смотреть в таблицах статьи), так и с участками развития озерно-ледниковых и моренных радоногенерирующих отложений которыми богата наша страна. Коптят и активные зоны тектонических нарушений (разломов). Исходя из имеющихся геолого-геохимических данных можно сказать, что радоновые эманации распространены в Беларуси повсеместно, хотя максимум эмиссии формируется преимущественно в трещиноватых зонах кристаллических пород фундамента и ориентирован по направлению к земной (дневной) поверхности.

Потенциально наиболее радоноопасными районами являются участки Гродненской и Минской областей в местах высокого залегания пород фундамента белорусского кристаллического массива (смотрим на карту). В административном отношении этот район вытянут от Мостов на западе и до Слуцка на востоке, и с юга на север от Слонима до Морино, а также Микашевичско-Житковичский кристаллический выступ и Брестская впадина. Аномальные содержания радона в почвенном воздухе надразломных зон установлены на Скидельском, Рогачевском, Дубровенском и Горецко-Шкловском участках и Мозыре (в воздухе зон активных разломов - от 15,0-46,0 кБк/м3 при среднефоновых концентрациях около 1,0 кБк/м3). Стоит отметить отдельно очень высокие концентра­ции радона в почвенном воздухе разломов Горецко-Шкловского участка, секущих мощную (до 1,2-1,3 км) толщу осадочных пород в централь­ной части Оршанской впадины. Отмечен и аномальный радон в поч­венном воздухе надразломных зон в пределах Воложинского грабена. В общем открываем карты и смотрим попадает ли ваша дача в радоноопасные зоны (полный размер - здесь).

Если отдельно упомянуть про город-герой Минск, то здесь тоже есть разломы, проходящие через весь город. Первый - по линии Щемыслица - Уручье и проходит примерно через Курасовщину, Минск-Южный, р-н тракторного завода, Степянку. Второй - параллельно линии Семково - Сосны, примерно через р-н ул. Енисейской, р-н ул. Кошевого, пл. Победы и вторая его часть от пл. Независимости, вдоль ул. Тимирязева, через Веснянку и дальше. Карта из статьи в помощь. Пе­ресекая территорию города с юго-запада на северо-восток и с юго-востока на северо-запад, эти разломы создают серьезную опасность радонового загрязне­ния воздуха жилых и производ­ственных помещений, находящихся на фронтире, особенно если учесть, что ширина зон эманирования вдоль этих разломов достигает 1,0—1,5 км. В то время, когда исследования радона в Минске еще проводились (1990-е годы) более высокие концентрации радона наблюдались в почвенном воздухе зоны разлома Щемыслица-Уручье (среднее около 6,0, максимальные - 18,0-22,0 КБк/м³) по сравнению с концентрациями в зоне разлома Сосны-Семково (среднее около 3,0, максимальные - до 10,0 КБк/м³), что свидетельствует о более высокой активности разлома Щемыслица-Уручье. Так что берите на заметку ;)

От автора: Если мне задают вопрос, который наталкивает на мысли о "синдроме больного здания" (плохое самочувствие в новой квартире, странные симптомы в определенной комнате/части комнаты), то первыми претендентами на проверку становятся отнюдь не порча и сглаз, не торсионные поля и пришельцы, а банальнейшие формальдегид и радон. Мировое токсикологическое комьюнити с подходом солидарно.

УРАНОВЫЕ "РУДНИКИ" БЕЛАРУСИ

Если писать про "Беларусь&радон", то очень сложно не вспомнить про месторождения урана. Как мы все помним уран в процессе своего распада образует радий, а радий в процессе распада генерирует свою «эманацию» - радон. Именно благодаря урану все минеральные строительные материалы насыщают помещения радоном. Так что вдогонку теме радоноопасности Беларуси я хотел бы еще сказать об урановых запасах нашей страны. Они хоть и не велики, но в качестве "маркеров радоноопасных территорий" могут выступать вполне.

Итак, в общей сложности в Беларуси выявлено более 600 рудных аномалий урана. Изучение возможности добычи началось еще в далеких 1960-х годах в СССР, как правило все «урановые» работы были засекречены. Потом какие-то исследования велись в 1990-х годах, когда вдоль границы с Украиной было пробурено свыше 600 скважин. Но с развалом СССР работы прекратились.

На сегодняшний день установлено, что все перспективные площади и месторождения урановых руд относятся к двум генетическим типам–эндогенному и экзогенному.

Эндогенные проявления (Долгиновское и Раевщинское) - жилообразные залежи в гранитах в пределах Белорусского кристаллического массива. Долгиновское месторождение приурочено к Кореличской зоне глубинных разломов, в пределах которой установлены две жилы гранитных пегматоидов. Уран представлен в виде минералов: коффинит, уранофан, уранинит, настуран, браннерит, урановые черни. Средневзвешенное содержание урана составляет 0,3 %, тория 0,017 %. Прогнозные ресурсы урана составляют порядка 700 т. Глубина залегания 217,7-220,2 м. Раевщинское месторождение локализуется в зоне Минского разлома в породах кристаллического фундамента. Урановые минералы представлены вкрапленностью окислов урана, урановых черней, большим количеством сорбционных форм урана, сложных гидроокислов (уранатов). Средневзвешенное содержание урана равно 0,337 % . Прогнозные ресурсы урана - около 1000 т.

Экзогенные проявления - это лентообразные залежи выявленные в углисто-глинистых карбонатных и песчаных породах – Малиновско-Октябрьская и Лельчицкая площадки с месторождением урановых руд Боровое. Обе площадки связаны с южной частью Припятского прогиба. Руды представляют собой обогащенные ураном карбонатные глины, известковые породы, содержащие твердые битумы и сульфиды. В рудах наблюдается присутствие мышьяка до 0,1 %. Глубина залегания - от 130 до 250 м. Содержание урана – 0,04 %. Прогнозные ресурсы урана составляют 28500 т. Месторождение Боровое (Лельчицкая площадка) - это в основном сульфидно-углистые прослои и глины, залегающих среди песков или слабосцементированных песчаников. Основной источник урана - урановые черни. Содержание урана колеблется от 0,2 % до 1,3 %. Прогнозные ресурсы урана – 3500 т.

На мой взгляд, для добычи такие месторождения пока не интересны, может быть, с натяжкой, только Лельчицкая площадка. Я, как радиофоб, надеюсь что до этого никогда не дойдет, потому что представляю сколько горячих частиц с альфа-излучением будет генерировать такая воображаемая добыча, пыль и т.п. Но пока же информацию вполне можно использовать как маркеры для конкрентных радоноопасных территорий.

Жителям Бреста, Брестского и Малоритского районов посвящается...

Все знают что Беларусь пострадала от аварии на ЧАЭС, все слышали про зону отчуждения, кто-то даже успел съездить на экскурсию в Припять. Но при всем этом гораздо меньше сказано/показано/найдено беларуских аномалий α-излучения (в т.ч. советского наследия). Про историю, о которой пишу я, сейчас помнят наверное только старожилы города Бреста, да немногочисленные опытные краеведы.

В этой истории есть все - урановая руда для советских обогатительных заводов, сверхсекретный объект "Серп"/"Почтовый ящик 14587", радиоактивное загрязнение в центре областного центра, не состоявшийся местный референдум, накопительные брелки-дозиметры на "ликвидаторах" как в 1986, радон... и, наконец, заброшенный безызвестный ядерный могильник в беларуской глубинке.

По прошествии почти 17 лет после дезактивации "бресткого уранового пятна" самое время вспомнить как это было. И предположить как там дела обстоят сейчас...

P.S. открытая 🆓 публикация.

После кульминации в виде рассказов про урановые аномалии Бреста не грех и перейти к детекторам радона. Начну с самых простых, пассивных устройств, которые называются "пленочные трековые детекторы" (под прицелом на картинке). Из-за простоты и относительной дешевизны такие детекторы распространены в США/Канаде. По сути такой детектор - это коробка, внутри которой размещен кусок (10х10 мм) полимерной пленки. Чаще всего используется т.н. CR-39, полимер широко используемый в линзах очков. α-частицы возникающие при распаде радона пробивают полимер и формируют в нем т.н. "треки", похожие на метеоритные кратеры. После выдерживания экспозиции (1-12 месяцев) пленку из детектора извлекают, травят в горячем растворе щелочи (NaOH) и под микроскопом считают количество "α-кратеров" (хотя есть и экспресс-методы). Количество "пробоин" на единицу площади прямо пропорционально интегральной концентрации радона (Бк*ч/м³). Пленки нечувствительны к влажности, температуре, β- и γ-излучению. Детектируемый минимум радона - 30 Бк/м³.

Вторым по распространенности пассивным радоновым детектором является обычный активированный уголь. Радон, как мы помним, прекрасно поглощается угольными адсорбентами. Типичный угольный коллектор-адсорбер-детектор (RCOA) представляет собой металлический цилиндр, вроде картриджа респиратора, закрытый сверху фильтром из стальной пластины с отверстиями порядка 70 мкм (под прицелом на картинке). Такое "решето" необходимо чтобы уменьшить доступ паров воды к углю (вода забивает поры и ограничивает адсорбцию радона). Внутри цилиндра порядка 50 грамм активированного угля с размерами частиц ~ 1 мм. Уголь в течение 1-7 дней экспонируется в атмосфере, затем закрывается крышкой с тонкой алюминиевой фольгой, препятствующей утечке радона, и не поглощающей γ-излучение. Через три часа с помощью дозиметра (лучше NaI сцинтиллятора) измеряется γ-активность (по ²¹⁴Pb и ²¹⁴Bi) и рассчитывается количество радона. Детектор может использоваться повторно - уголь просто прогревается при 110°C для десорбции газа.

​​Радон, радон. Все это беллетристика, пока не привязано к реальной жизни. Поэтому вашему внимаю очередная минутка "рассчетов на манжетах".

Итак. Допустим у нас есть дом размером 6х10м, высота стен 3 м. Все сложено из красного кирпича, полнотелого одинарного (250 мм x 120 мм x 65 мм) весом 3,5 кг/штука. Общая площадь стен = (6*3+10*3)*2 = 96 м². Площадь боковой стенки одного кирпича равна 0.01625 м². Считаем сколько нужно кирпичей: 96/0.01625=5908 кирпичей. Общий их вес равен: 5908*3,5 кг=20678 кг. В этом количестве кирпичей у нас будет содержаться 93.051 грамма урана, в пересчете на элементарный металл (среднее содержание урана в глине будем считать в среднем как 4,5 грамма на тонну). Эта масса равна 0.391 моль (93,051/238). В этом количестве вещества содержится 0.391 моль*6,02*10²³ = 2.35*10²³ атомов урана. В природной урановой среде радий содержится в отношении 1 атом на 2,78*10⁶ атомов урана. Считаем сколько у нас атомов радия в нашем доме: 2.35*10²³/2,78*10⁶= 8.47*10¹⁶ Это получится 8.47*10¹⁶/6,02*10²³=1.41*10⁻⁷ моль или умножаем на 226 г/моль = 0.000032 грамма.

Напомню, что радий очень редкий. В результате распада радий превращается в радон. Считаем какой объем радона при нормальных условиях будет находиться в равновесии с этим количеством радия (напоминаю, период полураспада радия 1600 лет, радона 3.82 дня). При установлении векового равновесия количество радиоактивных ядер обоих изотопов и их постоянные распада связаны уравнением λ1N1 = λ2N2, т.е. выходит, что объем радона = (22,4 л/моль*0.000032 грамма*3,82 дня)/226 г/моль*1600 лет*365 дней/год)=0.002738176/131984000=2.075*10⁻¹¹ л (в книгах пишут "грамм радия выделяет 0.0001 мл радона в день"). Будем считать что весь радон выйдет внезапно во внутрь помещения (объем = 3*6*10 = 180 м³), получится содержание 1.153*10⁻¹³л/м³. В метре кубическом у нас получится 5.15*10⁻¹⁵ моль = 3.1*10⁹ атомов. Число атомов радона уменьшается за одни сутки на 18,2%, можно самостоятельно посчитать изменение количества со временем. Удельная активность радона равна 5,69*10¹⁸ Бк/кг, т.е. в том самом кубическом метре у нас будет 5.15*10⁻¹⁵ моль = 1.14*10⁻¹² грамма, т.е 6486.6 Бк (6,5 кБк) ПДК радона (ВОЗ) 100 Бк/м3, т.е. в нашем модельном доме превышение примерно в 65 раз.

Ясно что большую роль будет играть плотность кирпича, наличие покрытий, эффективность работы вентиляции и проч. Даже месторождение из которого взята глина имеет значение (=содержание урана как в большую, так и в меньшую сторону). Например глубоководные глины отличаются более высоким содержанием радиоактивных элементов, чем континентальные глины, чем старше глина, тем больше в ней радия. Ну и еще глинистые породы Курской и Ульяновской областей РФ отличаются повышенной радиоактивностью. Так что по аналогии на досуге можете посчитать вес своей керамической посуды (сувениров и проч) и примерно прикинуть сколько это все выдаст радона :). А можно даже посчитать, как будет коптить гранитный щебень, если его использовать при заливке фундамента. Содержание урана в гранитных породах гораздо выше содержание оного в глине и достигает 20+ грамм на тонну. На фундамент дома 6х10 нужно, как мне подсказывают читатели из чата, порядка 12,8 тонн (~256 грамм урана, как минимум). Лидера по эмиссии радона из строительных материалов определите сами.

Последние из могикан пассивных детекторов радона - электретные датчики, которые тесно связаны с электростатикой. Представляют собой "бутылку" из токопроводящего полимера, который выполняет роль клетки Фарадея ионизационной камеры. В нижней части этой камеры помещается предварительно наэлектризованный (до какого-то заданного напряжения) кружок из фторопласта~тефлона. Для начала измерения достаточно открутить крышку, которая поднимает внутренний шток и дает доступ радону из воздуха к фторопласту. α-излучение радона и его продуктов распада сильно ионизирует воздух камеры. Ионизация "съедает" заряд у фторопласта (принцип работы электростатического дозиметра). Корреляция составляет примерно минус 2 В каждый день на pCi/л. Замер возможен в течении 2 дней...1 года. Вместе с камерами идет измеритель электростатического поля (таким метрологи меряют статику на заводе). Тефлоновые пластинки перезаряжаются и могут быть использованы повтороно. Детектор боится статического электричества, пыли, любых ионизирующих излучений.

Про типы пассивных детекторов радона я рассказал. Остались активные, первым из которых является т.н. ячейка Лукаса - герметичная камера, одна из стенок которой покрыта люминофором на основе допированного сульфида цинка. Под воздействием альфа-частиц люминофор начинает светится вспышками, которые фиксируются фотоумножителем, приставленным к камере.

На первый взгляд сложно. Но похожее устройство когда-то (в время, описанное в книге про радиевых девушек) продавалось как занимательная научная игрушка. Я решил немного отойти от теории и рассказать про свой опыт сборки этого удивительного, завораживающего своей работой, устройства, способного визуализировать альфа-частицы. На видео показано, как это выглядит живьем. Редкая возможность увидеть альфа-излучение живьем.

Disclaimer: детям и слабонервным не читать - присутствует пожарный ионизационный датчик, америций ²⁴¹Am, битая ЭЛТ-трубка марки 3ЛО-3И от осциллографа, люминофоры и разобранные объективы от микроскопа.