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Chemistry of Bleaching

Howard Frysh.BDS,DDS
美白Bleaching是一種美白物質的化學反應過程，廣泛地被應用於工業區上。在牙科學上，美白通常是包含有某些的過氧化氫Hydrogen Peroxide。

有三種最常用的商用美白過程：1)Peroxide過氧化物、2)Chlorine氯、3)Chloride氯化物。過氧化物的美白Peroxide Bleaching用最少時間，所以最被常使用。強度通常是以體積Volume來計算，而不是以百分比來算它的濃度。

美白Bleaching的過程是較複雜的，但主要是利用氧化作用Oxidation，其化學過程是將有機物OrganicMaterials變成二氧化碳CO2、和水H2O。像：木材的燃燒Wood Burning是一種最普通的氧化作用Oxidation。但美白Bleaching的氧化和木材的氧化之間的不同的不同是：1)反應的速度不同、和2)產生中間物質的數目不同。燃燒Bleaching是快速地把物質轉換成CO2、H2O & Heat熱能。相對之下，美白Bleaching是緩慢地把有機物Organic Subtance轉換成為顏色比原有的較淡的化學中間物。金屬的生鏽是一種緩慢的氧化作用的好例子，假若允許有足夠長的過程的話，Bleaching和Bleaching最後的結果都是把有機物變成CO2、和H2O。

在Bleaching過程所產生的氧化還原反應Oxidation Reaction稱為Redox Reation。在此反應中，氧化物Oxidizing agent (例如：H2O2 Hydragen Peroxide) 有一擁有不成對電子的游離基Free Radical ，當它放棄此電子時就便成還原反應；還原物Reducing agent (例如：被美白的物質)會接受此電子、而變成被氧化了。

Hydrogen Peroxide Bleaching:
H2O2Hydragen Peroxide是一種氧化物Oxidizing Agent、會產生Free Radicals，HO2‧+O‧，反應性很強〈HO2‧是一很強的Free Radical〉。在純水Pure Aqueous的型態，H2O2是一弱酸：
◎ Ionization of Hydrogen Peroxide at acidic pH:
H2O2 → H2O + weaker free radical
↓
H+ + HO2 ‧ ─ lower percentage of stronger free radical

結果：產生大量的weaker free radical O‧，Perhydroxy1 HO2‧是一強的Free Radical，為了促進形成HO2‧，H2O2須要在鹼性Alkaline的狀態下，最適合的pH值是9.5~10.8。
◎ Ionization of Buffered Hydrogen Peroxide (pH9.5~10.8)：
H2O2 → H2O + weaker free radical
↓
H+ + HO2 ‧ ─ higherpercentage of stronger free radical

Buffered H2O2在此pH值下，會產生大量的Perhydroxyl HO2‧游離基，結果有最大的美白效果，所以說：H2O2在pH9.5~10.8有最強的美白效果。

當有Catalysts和Enzymes存在之下，H2O2在會產生離子化反應Ionization:
2 H2O2 → 2 H2O + O2

如此反應改變了，沒有Free Radical產生，也使H2O2沒有美白的作用。存在口腔內的這些Enzymes是身體用來對抗Oxygen Toxicity的最重要的防衛系統。這就是為什麼當使用Bleaching Agent時常保持牙齒乾燥Drv和沒有碎片Debris的原故。

Dental Bleaching Mechanism:
在牙齒的美白方面，H2O2會?透入Enamel (96%Inorganic Salts、4%Water & Organic Matter)和Dentine (70% Inorganic、30%Water & Organic Matter ) (Fig：2-3)。

因為Radical (HO2‧)含有不成對的電子，它們有極強的親電子性Electrophilic、且不穩定、會和大部分其它的有機分子Organic Molecules相結合變成穩定狀態、再產生其它的Radicals。這些Radicals再和大部分的不飽和鍵Unsatured Bonds相結合，結果是1)電子結合的斷裂Disruption of Electron Conjuction，和2)在牙齒的Enamel裡有機物質的吸收能量改變。如此會形成一些能夠反射稍許光線的較細小分子，因而造成一成功的美白作用。在牙齒Enamel裡存有無機美鹽Inorganic Salts、Oxidizating Agent (H2O2)會與有機物互相產生反應，就會產生美白的過程。

這種型態反應的簡單例子是：Beta Carotene的氧化作用，它是深紅色的，當氧化作用時，這分子會分成兩半、並產生兩個沒有顏色的Vitamin A的分子。無論如何，沒有一個美白 (Oxidizing氧化) 反應是如此的簡單。(Fig:2-4)

Saturation Point:
Bleaching的過程，親水性無色的結構出現時那一點稱之為物質的飽和點Saturation Point。接著會變亮、再戲劇性會變慢，假若能再繼續的話，Bleaching過程會開始破壞蛋白質上、和其它含碳物質的「碳」結構、。含有Hydroxyl Group (─OH) 的物質(通常是無色的)會分解、物質變成更小的成分，Enamel的流失加快，剩下的物質會快速地變成CO2、和H2O。

在作Bleaching的當中，所有的這些反應都發生在同一時間，大部分的物質含有不同數量的簡單
、而複合的化學物質成分。無論如何、某些過程比別的更容易、更快速地產生，當Bleaching的過程沒有停止時、每一化學反應改變的速度(Fig.2-5)說明了最普通的Oxidation的過程都與美白的有機物。這些反應對所有的Protein、包含在Enamel內的物質、是很普遍的。

像其它的氧化過程一樣、Bleaching的過程是會破壞、且會使牙齒Enamel流失的。
所以有必要讓牙醫師們知道：在飽和點Saturation Point達到或達到之前、一定要停止Bleaching的；物質流失(牙齒的變碎Brittleness、和多孔性的增加Porosity)的代價是會高於美白牙齒的邊際效益的
。所以、適當的Bleaching是可達到最大的變白效果；然、過度的Bleaching不但會傷害到牙齒的Enamel、且也不會變白的。

Carbamine Peroxide Chemistry:
Carbamine Peroxide 常用的濃度是3%~15%。在牙齒的美白時，Carbamide Peroxide通常使用的10%~15%的濃度。Carbamine Peroxide分解成H2O2，10%的Carbamide Peroxide會產生3.6%的H2O2，Carbamine Peroxide的分解(Fig:2-6)，所產生的H2O2，會離子化，如Fig:2-1、及2-2。

Carbamine Peroxide含有─Carbopol、或─Clycerine Base，Carbopol Base會慢慢放出H2O2，但它不會改變Bleaching治療的效率Efficiency。調製Carbamide Peroxide美白液時要在微酸的pH下才會穩定。

如Fig:2-2所示：可用緩衝Buffer含有Hydrogen-Peroxide的溶液、來使活性高的Perhydroxyl Radical (HO2) 增強。

Factors That Affect Bleachung:

Surface

徹底地刮除Scaling和拋光Poloshing是為了要減少所有在表皮上的殘留物。

Hydrogen Peroxide
Concentration

濃度越高、氧化過程得效應越大。一般使用35%的H2O2。

Temperature

每增加10℃、化學反應會增快兩倍。一般而言，當溫度昇高達到病人剛開始會感到不舒服的那時候，就是在安全的範圍內進行。

當儲存、或在運送H2O2時，需要保存在酸性pH值之下，如此才能延長其壽命。對仍具有氧化功能的H2O2，其最適當的pH值是pH9.5~pH10.8。這會比在低pH值時能增加50%的效果。

Time

Bleaching的時間直接關係到所嚗光Exposure的時間。嚗光的時間越長、顏色的改變就越大。

Sealed Environment

把H2O2放在一密閉的環境下，會增加它的Bleaching效果。