Role of photostimulated heterogeneous processes in human-health risk reduction
Anton R. Ivanov
St. Petersburg Univ. Chem. Dep. Universitetskii pr., d.26 Petrodvorec, St. Petersburg, 198504 Russia antonruben@yandex.ru antonruben@rambler.ru


The results of our lab investigation of photostimulated oxidation of some ecologically significant compounds (CH4, aromatic hydrocarbons, terpenes and CFC) on surface of natural aerosol constituents were taken as example of self-preservation in ecological system.
The reduction of human-health risk is a result of this sink, because hydrocarbons and CFC take part in photochemical smog formation and ozone decomposition in troposphere. LLE (loss of life expectancy) for photochemical atmospheric processes were calculated. Photostimulated decomposition reaction of ozone-destroying halocarbons and photoactive hydrocarbons should be taken in to account because the reduction of human-health ecology risk reach 10-20 times.

CV
ANTON R. IVANOV (7.03.1967 b.d).
St. Petersburg University, Chem. dep., Assistant.
The description of activity of the company:
Scientifically educational Center of Chemistry. Research institute of Chemistry: Scientific development. Chemical faculty: educational process.

Official duties: research work, in the field of gas chromatography, analysis of air, ecology - performance of the grants.
Scientific development in the field of technology of solid substances (catalysts, sorbents).Planning and realization of experiments, analysis, processing received of the data, drawing up of the reports. Study of a condition scientific research in the given area as in our country, and abroad. Submission of clauses in thematic magazines scientific activity (12 publications, participation in conferences), accounting materials
Educational degree works - training of the students.
Other experience of work:
Factory "SVETLANA", serviceman of the equipment in electronics’ manufacture (1989-90); teacher of physics, chemistry (at school 1999-2004).
EDUCATION
Educational institution: Leningrad technological Inst.
Graduated: February, 1990
Specialty: the engineer the chemist - technologist of materials and devices of electronic engineering
Degree: the diploma with honour
Theme of degree work " A Choice of materials for carriers of optical record of the information ".
Educational institution: with - Petersburg technological Inst.
Specialty: 05.26.02: Safety in extreme situations (chemical technology). Dissertation Ph.D.:
" Influence of atmospheric photoactive aerosols on human-health risk."
The results of this lab investigation of photostimulated oxidation of some ecologically significant compounds (CH4, aromatic hydrocarbons, terpenes and CFC) on surface of natural aerosol constituents were taken as example of self-preservation in ecological system.
The reduction of human-health risk is a result of this sink, because hydrocarbons and CFC take part in photochemical smog formation and ozone decomposition in troposphere. LLE (loss of life expectancy) for photochemical atmospheric processes were calculated. Photostimulated decomposition reaction of ozone-destroying halocarbons and photoactive hydrocarbons should be taken in to account because the reduction of human-health ecology risk reach 10-20 times.

The important achievements in career:
The diplomas for scientific work from administration of St.Petersburg(1998,2000), administration of St.P.University.(2001).

The perspectives of chiral inorganic solid substance application in pharmaceutical practices.( In 2006 accepted into ESF forum “Nanomedicine”).
The method is based on idea of structural confomility molecules in biological objects. The optical active antibiotic (for instance CAP) was added into matrix silica solutions. As result the solid silica substances were obtained and used for essential oils processing. The polarimetric control of this oils demonstrated shifting of their optical activity more then 10%. The sorbents prepared under the magnetic influence have more than 10 times greater activity.
According to chromatography and mass-spectral data among the active components of studied oils is hydrocarbon:
Trans-(-)-5-metyl-3-(1-methylethenyl)-cyclohexen (CAS#56816-08-1 172-175 *C boiling-point).

THE ADDITIONAL INFORMATION
English: rates; Computer skills: user.
Employment in free time: play on a piano, painting.

Response of the scientific chief, professor Povarov V.G.

Ivanov A.R. works at St. Petersburg University, Chem. dep., during 16 years as Assistant. The participation of the Assistant consists in search of the literature on methods of research, in obtaining of experimental data of these reactions and in writing of papers.
Ivanov A.R. intuitively and creatively has approached to the decision of the put tasks. Using chromatography methods in a combination with pH-control and other have allowed to receive him the authentic data on atmospheric chemistry. The difficulties arising in the given researches, are connected, first of all, to a variety of the factors influencing behavior of complex system. In such researches it is important to find a correct method of conditions of experiment and processing of the received data.
The reliability of results confirmed by Ivanov A. R., is that the results were submitted in the reports on the program 08.01" Global changes of natural environment and climate" of the Federal target scientific and technical program of Russian Federation of a priority direction 0.8. " Ecology and rational nature using".

1. Isidorov V., Klokova E., Povarov V., Ivanov A. and Kozubenko S. Photostimulated heterogeneous sink of volatile organic pollutants. // The Chemistry of the Atmosphere: Its Impact on Global Change. CHEMRAWN VII. A World Conference. Del. 2-6.- 1991.- Baltimore, Maryland, USA.- Р. 12-14.
2. Isidorov V., Klokova E., Kozubenko S., Ivanov A. " Photoсatalytic oxidation of aromatic hydrocarbons on the natural aerosol surface ". // Vestnik. SPbGU.- S 4.- T.2 (№11).- 1992.-P. 97-99. (in Russian).
3. Isidorov V., Klokova E., Povarov V., Ivanov A. and Kozubenko S. Photostimulated heterogeneous sink of volatile organic pollutants. // The J. of Ecology. Chemistry. 1992 №1 P.65-76. (in Russian).
4. Isidorov V., Klokova E., Povarov V., Kozubenko S., Ivanov A. " Photoсatalytic oxidation of aromatic hydrocarbons on the natural aerosol surface ". // Tropospheric Oxidation Mechanisms.- Brussels, 1995.- Р. 32-35.
5. Isidorov V., Povarov V., Nikitin V., Ivanov A. " Photostimulated oxidation of methane and dimethilsulfide on the surface of natural aerosol components". // Chem. Proces. In the Troposphere. - Luxemburg, 1996.- Р. 45-47.
6. Isidorov V., Klokova E., Ivanov A. “Photostimulated troposferic oxidation of VOCs on the surface of salt particles”. // Proc. EUROTRAC Symposium '' 96.- 1997. Vol. 1.- Р.329-332.
7. Ivanov A. “Photostimulated oxidation of isoprene on semi-conductor oxides”. //Vestnik. SPbGU.- S 4.- T.4 (№25).- 1999.-P. 125-128. (in Russian).
8. Fuksman I., Isidorov V., Krutov V., Ivanov A. “Metabolism of compounds of second production in the plants.” // Conference. “Physiology of plants is science of Millenium”. Moscow, 1999 T1 P.486. (in Russian).
9. Ivanov A. Photostimulated processes with participation VOC on a surface of mineral components natural aerosol. Conference " Chemistry of a surface and nanotechnology " Hilovo, 2002.- P. 25. (in Russian).
10. Ivanov A., Isidorov A. “Photostimulated processes with participation VOC on a surface of mineral components natural aerosol.” // Conference " Aerosols of Siberia". Tomsk, 2002, P. 30-31. (in Russian).
11. Ivanov A., Isidorov A. “Photostimulated processes with participation VOC on a surface of mineral components natural aerosol.” // Conference " MSAR-02". St. Petersburg, 2002, P. 62-63. (in Russian).
1. Ivanov A. Prilepskiy E. "Attempt of obtaining sorbent, selective in relation to biologically active components of essential oil Eucalyptus dives // Vestnik. SPbGU.- S 4.- T.3 (№1).- 2005.-P. 122-125. (in Russian).
Dear colleagues!
I’d like also to show you some my results and discussions. It is an Abstract of article, which was published in Russian in Vestnik SPbGU S.4 2005. V3.

Ivanov A.R.
The perspectives of chiral inorganic solid substance application in pharmaceutical practices.

The growth of new infections in last time makes a problems in production of more effective immunity agnates. It is known, that hydrocarbon oils of plants have an important role for immunity stimulation. On the other hand the active fractions of this objects consist of some organic compound which optical isomers definite the biochemical agents structure.
This special property of alive matter is a fundamental factor of evolution. Active optical isomers of organic compounds interact in biochemical objects like lock and key. This asymmetric actions could be explained in cells by existence of asymmetric factors which took place in start of biology evolution.
The one of the this factors may be polarized electromagnetic irradiation. It is attributed by vortex oscillation properties. Probably: at early development stages of the atmosphere of Earth it contained significant weights of aerosols due to volcanic actions. Therefore, as result, the significant share of shot-wave radiation on surface has been polarized. The hydrocarbons and other non-biotic organic compounds has been attacked by this irradiation. The active asymmetric biochemical isomers were given by selective photo-destruction of molecules. Photo non-stable isomers were destructed and their antipodes were more stable and could formed complexes of protoactive-biological polymers.
This principle of asymmetry was founded in our experiments of preparing immunity protraction preparations. Author have made attempt to produce chemical passive sorbent having ability of chiral selective extraction of components from essential hydrocarbon oils: Eucalyptus dives, Pinus sylvestris, Abies balsamea. This preparations are used as immunity modulators in scientific pharmacology methods and traditional people medicine.
The optical active antibiotic CAP was added into matrix silica solutions. As result the solid silica substances were obtained and used for hydrocarbon oils processing. The polarimetric (rotation) control of this oils demonstrated some shifting of their optical activity. The sorbents prepared under the magnetic influence have more than 10 times greater activity.
According to chromatography and mass-spectral data among the active components of studied oils is hydrocarbon:
Trans-(-)-5-metyl-3-(1-methylethenyl)-cyclohexen [3-isopropenyl-5-methyl-cyclohexen] (CAS#56816-08-1 172-175 *C boiling-point).
However, the structure of this hydrocarbon is not typical for biology objects. Indeed, in special literature there are some differences of mass-spectra of this compound. Most likely the hydrocarbon, which is observed in our experiments has structure agrees:
trans-(-)-6-methyl-3-(1-methylethenyl)-cyclohexen [3-isopropenyl-6-metil-cyclohexen].
The synthesis of sorbents under the magnetic influence is perspective method. The deposition of silica solution in this condition form opportunity to realize irreversible non-balance. This way can give possibility for synthesis more surface-active solid fraction of adsorbent.

Referents.
1.Text-book on Tibetan Medicine. Translated by Pozdneev A. (1908) St. Petersburg (In Russian).
2.Prigogine I. (1955) Introduction to thermodynamics of irreversible process. Springfield, Illinois USA.
3.Potapov V.N. (1976) Stereochemistry. Leningrad (In Russian).
4.Isidorov V.A. (1990). Organic Chemistry of the Earth’s Atmosphere. Springier, Berlin.

Проблематика экологии и мониторинга атмосферы.
Усиление антропогенного воздействия на окружающую среду в последние десятилетия привело к увеличению риска возникновения техногенных катастроф и чрезвычайных ситуаций. В настоящее время накоплено много информации о вредном воздействии антропогенных выбросов в атмосферу на здоровье людей и повышении по этим причинам заболеваемости и смертности населения. Известно, что эмиссия загрязняющих органических соединений промышленными предприятиями и транспортом, не говоря уже об авариях на производственных объектах, может привести к чрезвычайным экологическим ситуациям.
Технологический прогресс привел к широкому использованию в химической, лакокрасочной и холодильной промышленности органических соединений. Так, в 1980-е годы на фирме Du Pont (США) доля продукции на основе органических растворителей составляла более 70%. По данным другой американской фирмы Union Carbide прирост ее производства такой продукции за период 1980-90 г.г. составил около 100%. Общая эмиссия углеводородов промышленностью в индустриально развитых странах достигает 25% валового выброса этих веществ в атмосферу. В России к началу 1990-х г.г. по эмиссии загрязняющих, в том числе органических веществ в атмосферу лидировали предприятия г.Норильска. В настоящее время наиболее неблагополучным в этом отношении является г.Ярославль, испытывающий воздействие выбросов нефтехимического комбината, а так же район г.Хабаровска, где сосредоточены нефте- и газопроводы. Медицинская статистика показывает, что в целом по городам России загрязнение атмосферного воздуха является причиной 40 тыс. дополнительных летальных случаев в год.
Несмотря на то, что в нашей стане эмиссия органических соединений , связанная с индустриальной деятельностью, в последние годы сократилась, риск возникновения чрезвычайных, в частности смоговых ситуаций остается высоким. В эти же годы резко возрос выброс загрязняющих компонентов транспортом. Так, например, в Москве автотранспорт выбрасывает до 90% общего количества вредных веществ.
Прогнозирование кризисных явлений, вызванных загрязнением атмосферы, требует комплексного подхода. Одним из путей в этом направлении является сочетание методов численного моделирования чрезвычайных ситуаций в атмосфере с ее мониторингом. Необходимым является получение экспериментальных данных по кинетике химических процессов и по составу атмосферы и создание на их основе интерактивных моделей, имеющих обратные связи с наблюдением экологической обстановки. Это требует более точного отображения в моделях атмосферы ее свойств, как многокомпонентной системы, в которой присутствуют кроме газов также вещества, находящиеся в жидком и твердом состояниях, так как их масса и суммарная поверхность вероятно очень велики. Процессы, связанные со взаимодействием паров и газов с этой составляющей атмосферы и солнечной радиацией так же сильно влияют на поведение находящихся в ней веществ, в том числе озонразрушающих фреонов и их заменителей. Многие исследователи отмечали, что созданные модели базировались на недостаточном количестве исходных данных. Воздействие солнечной радиации вместе с фактором значительной неоднородности (гетерогенности) атмосферы существенно понижает время жизни хлорсодержащих фреонов в глобальной экосистеме.
При прогнозировании направления и динамики возможных глобальных изменений климата и озоносферы Земли прибегают к численному моделированию радиационно-химических процессов в атмосфере. Анализ используемых моделей атмосферы показывает, что результаты вычислений сильно зависят от полноты учета источников и стоков участвующих в этих процессах компонентов. К числу таких компонентов относятся все летучие органические соединения (ЛОС) атмосферы, в первую очередь насыщенные углеводороды, их галогензамещенные производные, непредельные и ароматические углеводороды. Метан и его галoгенпроизводные являются «парниковыми» газами, изменение содержания которых в атмосфере влечет за собой изменение сложившегося на Земле радиационного равновесия. Галогенуглеводороды причисляются к озонразрушающим компонентам вследствие их химической устойчивости и способности достигать стратосферы, где происходит фотолитический распад с выделением атомов хлора и брома, взаимодействующих с озоном.
Многочисленные успешные лабораторные эксперименты и результаты моделирования убедительно показали, что без учета гетерогенных фотохимических превращений ЛОС невозможно описать наблюдаемое в настоящее время изменение характеристик атмосферы, в том числе ее «окислительного потенциала». Общая картина поведения озонразрушающих и оптически активных компонентов атмосферы может быть существенно другой при учете этих процессов. Отличительной особенностью фотостимулированных реакций является их протекание в условиях, далеких от химического равновесия. Это приводит к появлению широкого спектра органических соединений – продуктов превращения ЛОС. Изучение этих реакций имеет большое значение для прогнозирования состояния среды обитания человека.
Значительно хуже обстоит дело с изучением превращения самих компонентов природного аэрозоля в этих процессах. Практически неизвестными до настоящего времени остаются закономерности изменения их активности при протекании фотостимулированных реакций.

Комплексный мониторинг атмосферы.
1.Обобщенная формулировка задачи.
Развитие экологической культуры, пропаганда знаний по охране окружающей среды. Показать детям, что развитие экологической науки в наше время неразрывно связано с такими отраслями знаний, как гигиена, экономика, социология В конце занятия ребята должны сформулировать для самих себя ответ на вопросы: «Каково мое место в природе? Какие перспективы ожидает человечество в будущем?». Необходимо:
обобщить знания детей о взаимодействии человека и природы;
научить ставить простейшие эксперименты естественнонаучной направленности;
показать роль отечественной науки в познании и охране окружающей среды.

2. Ключевое задание.
Цель данного исследования заключалась в оценке качества воздуха через количественное определение содержания углекислого газа с помощью индикатор-ных трубок, экспресс-анализа диоксида азота и других опасных примесей в воздухе.
Это необходимо для оценки риска для здоровья людей как в закрытых помещениях так и на улице. Несмотря на то, что критерием количественной оценки опасности является предельно допустимая концентрация (ПДК) вещества, на первом этапе работы мы ограничились качественным анализом (скрининг).

3. Контекст решения задачи.
Данное занятие адресовано детям 14-15 лет, занимающимся в кружке 1–й год. Занятие завершает тему «Экология и технологический прогресс», ребята уже знакомы с понятием «биосфера», важнейшими принципами, которые лежат в основе ее нормального функционирования.

4. Задания, которые приведут к решению (к «продукту»).
1. Вводная беседа – диалог. Вспоминаем состав воздуха, благодаря какому природному процессу он сформировался и благодаря какой деятельности человека изменяется. Лабораторный опыт: использование кислотно-основных индикаторов для изучения состава выдыхаемого воздуха.
2. Лабораторный опыт: определение состояния атмосферного воздуха по методу Штанге
3. Завершение занятия – обобщение результатов опытов.



Задачи:

– Образовательные:
1. Расширение знаний по актуальным проблемам окружающей среды.
2. Формирование мировоззрения по намеченным проблемам.
– Развивающие:
3. Развитие умения отстаивания собственной точки зрения.
4. Развитие коммуникативной культуры.
– Воспитательные:
5. Воспитание бережного отношения к природе, к своему здоровью и здоровью окружающих.
6. Формирование активной жизненной позиции.



Вопросы для школьников по экологии и химии атмосферного воздуха.

1. Объясните что с научной точки зрения означают слова «в воздухе пахнет грозой»? Почему после грозы дышать становится легче и свободнее? (Озон).
2. Как вы думаете, бывает ли так, что во время дождя на землю падают не капли воды, а кислота? (Кислотные осадки).
3. Как вы думаете, правда ли, что на Земле обитают такие организмы, которым не требуется воздух для дыхания? (Анаэробные организмы).
4. Как улучшить состояние атмосферного воздуха в городах в связи с постоянно растущими потребностями в производстве электроэнергии?
5. Сравните преимущества и недостатки велосипедного транспорта и по сравнению с автомобильным.
6. Почему в нашей стране велосипедный транспорт слабо развивается?

Справочный материал к вопросам.
Усиление антропогенного воздействия на окружающую среду в последние десятилетия привело к увеличению риска возникновения техногенных катастроф и чрезвычайных ситуаций. В настоящее время накоплено много информации о вредном воздействии антропогенных выбросов в атмосферу на здоровье людей и повышении по этим причинам заболеваемости и смертности населения. Известно, что эмиссия загрязняющих органических соединений промышленными предприятиями и транспортом, не говоря уже об авариях на производственных объектах, может привести к чрезвычайным экологическим ситуациям.
Технологический прогресс привел к широкому использованию в химической, лакокрасочной и холодильной промышленности органических соединений. Так, в 1980-е годы на фирме Du Pont (США) доля продукции на основе органических растворителей составляла более 70%. По данным другой американской фирмы Union Carbide прирост ее производства такой продукции за период 1980-90 г.г. составил около 100%. Общая эмиссия углеводородов промышленностью в индустриально развитых странах достигает 25% валового выброса этих веществ в атмосферу. В России к началу 1990-х г.г. по эмиссии загрязняющих, в том числе органических веществ в атмосферу лидировали предприятия г.Норильска. В настоящее время наиболее неблагополучным в этом отношении является г.Ярославль, испытывающий воздействие выбросов нефтехимического комбината, а так же район г.Хабаровска, где сосредоточены нефте- и газопроводы. Медицинская статистика показывает, что в целом по городам России загрязнение атмосферного воздуха является причиной 40 тыс. дополнительных летальных случаев в год.
Несмотря на то, что в нашей стране эмиссия органических соединений, связанная с индустриальной деятельностью, в последние годы сократилась, риск возникновения чрезвычайных, в частности смоговых ситуаций остается высоким. В эти же годы резко возрос выброс загрязняющих компонентов транспортом. Так, например, в Москве автотранспорт выбрасывает до 90% общего количества вредных веществ.
Охрана атмосферного воздуха необходима для здорового образа жизни.
Дыхание – совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода и удаление углекислого газа. Дыхательный коэффициент – отношение объема углекислого газа, выделенного за единицу времени дыхания к объему поглощенного за то же время кислорода. Для здорового человека равен 0,85.
У ребенка объем вдыхаемого воздуха за одно и тоже время больше, чем у взрослого.
Для работы двигателей, основанных на сжигании топлива так же необходим кислород. Промышленность, кроме энергии сгорания угля, природного газа, продуктов переработки нефти, сланцев, торфа, древесины и пр. использует более экологически безопасные ее источники. К таковым относятся: энергия падающей воды, ветра, приливных течений, геотермальная и солнечная энергия. Все шире используется энергия радиоактивного распада и в перспективе ожидается использование энергии термоядерного синтеза, воспроизводящего процессы, протекающие на Солнце.
Однако в настоящее время нет реальной альтернативы для бензинового и дизельного двигателей на транспорте. В городах и на железных дорогах возможен полный переход на электрическое энергоснабжение. Вероятно, это произойдет при замене рельсового и колесного транспорта на более экономичные поезда на магнитной подвеске. Но пока нет возможности отказаться от сжигания топлива на автотранспорте. Этот способ получения энергии кроме интенсивного потребления кислорода опасен ввиду образования разнообразных продуктов сгорания бензина, керосина и дизельного топлива – лигроина и солярового масла. В не отрегулированных двигателях внутреннего сгорания происходит образование ядовитых оксидов азота и угарного газа – оксида углерода.
Некоторую перспективу имеют проекты по созданию двигателей, использующих в качестве топлива чистый водород. Единственным продуктом сгорания в этом случае является вода, которая не загрязняет окружающую среду. Но пока эффективность таких двигателей не велика: небольшая мощность при высокой цене топлива. Основную проблему составляет перевозка и хранение водорода.
В ближайшем будущем следует ожидать если не создание водородной энергетики, то частичный переход от традиционного топлива на смесь водорода и природного газа на транспорте.
Тем не менее, это не решит проблему полностью. С одной стороны не уменьшится потребление кислорода, а с другой, следует помнить, что водяной пар в атмосфере дает свой вклад в парниковый эффект.
Борьба с экологическими техногенными катастрофами, возникающими в результате загрязнения атмосферного воздуха.
Более 30% вредных веществ, поступающих в атмосферу благодаря деятельности человека, составляют выбросы автотранспорта. Бензиновые двигатели поставляют 50% антропогенных оксидов азота, дизельные двигатели являются мощными локальными источниками аэрозолей – сажи.
Среди последствий отравления продуктами сгорания можно назвать: заболевания дыхательной системы, проявления аллергии, первично токсические реакции, ослабление иммунитета.
Однако наиболее опасным последствием загрязнения атмосферы продуктами сгорания бензина является возникновение смоговой ситуации в населенном пункте (городе).
Суть этого процесса заключается в следующем. В условиях затрудненного воздухообмена происходит накопление в зоне дыхания людей выхлопов автотранспорта. При условии, что температура воздуха превышает 20 0С, под действием солнечного излучения продукты неполного сгорания топлива и оксиды азота вступают в дальнейшее химическое взаимодействие. Продуктами этих превращений являются токсичные для человека, животных и растений органические пероксиды и озон.
Впервые такой тип загрязнения атмосферы был описан в городе Лос-Анджелесе (США). Наблюдалось ухудшение видимости благодаря конденсации продуктов фотохимических реакций в воздухе, массовая гибель зеленых насаждений в городе, был зарегистрирован рост аллергических реакций у людей.
Это явление получило название фотохимического или летнего смога. На территории России существует реальная опасность его образования в южных городах, где имеется интенсивное солнечное облучение, например в Ростове-на-Дону, Биробиджане и в Волгограде.
В то же время следует помнить, что и в условиях холодного климата при затрудненном воздухообмене длительное накопление выхлопных газов в населенных пунктах ведет к повышению риска возникновения заболеваний у населения. Особенно опасно образование мелких аэрозольных частиц, на поверхности которых п