一种新的氢水浓度分析法

氢水中氢气浓度的分析最标准的是气相色谱方法，也有采用电化学电极分析，这些方法虽然比较准确，但设备相对比较昂贵，为配合日常商业和民用需要，一些人利用氢气对还原电位的影响，用水的氧化还原电位间接分析氢气含量，也有利用氢气还原有色物质为无色物质的能力进行氧化还原滴定。但有色还原为无色的方法虽然比较简单，但难以进行精确定量。

最近日本东京工程学院工学院大学先进学院应用化学系Minori Kamaya根据氧化还原滴定方法结合分光广度计分析，提出了一种新的氢水氢气浓度分析方法，这种方法在使用方便性和准确性方面是否能得到市场的认可。

不断有学者对氢气浓度的分析技术进行研究，强烈提示学术界对氢气生物医学研究的关注度在提升，这是从事化学的学者利用自己的专业技术，给氢气医学产业方面提供技术支持和服务，我们在感谢学者对这一领域帮助的同时，也应该对氢气医学的生命力有更强的信心。

氢水不仅很早就应用于硅片表面清洗和小青菜种植，在医疗健康领域也受到广泛重视，人们利用饮用氢水和氢水洗澡等方法进行疾病治疗和保持年轻健康。2007年后氢水生物医学效应研究越来越多，吸引了基础和临床医学研究学者的重视，也推动了氢气健康产业的快速发展。在使用和评价氢水时，测定氢气浓度就成为非常重要的问题。氢气浓度分析方法包括电化学法、气相色谱和亚甲蓝滴定法。过去还没有技术使用分光光度计确定水中氢气的含量。最新这一报道采用分光光度计方法进行氢气浓度分析。

亚甲基蓝滴定法的滴定点是滴入溶液后蓝色不能消除。蓝色消除的原理是蓝色亚甲基蓝被氢气还原为无色亚甲基蓝，因为氢气还原能力不够强，需要同时加入纳米铂金催化剂。用颜色作为判断标准，使用分光光度计可以定量。但是这个亚甲基蓝滴定法滴定结束后，如果溶液暴露在空气中，空气中的氧气会逐渐把无色亚甲基蓝氧化复原为蓝色。所以这个方法直接用分光光度计定量比较困难。不过使用纳米铂金作为氢气还原效应的催化剂是个好思路。

最新这个方法就是利用氢气的还原性，在纳米铂金催化下，氢气把铁离子还原为亚铁离子，然后使用邻菲罗啉作为显色剂，用分光光度计测定分析亚铁离子浓度。邻菲罗啉也叫1,10-菲罗啉，化学式为C12H8N2，与亚铁离子在PH2~9的条件下生成桔红色络合物，可用分光光度法测定铁含量。

使用日本岛津UV-1800分光光度计1厘米玻璃比色杯，TOA HM-30V测定pH。MAGICPOT氢气发生器用于制备氢水，这种产品氢水中氢气浓度平均大约0.5mg/L（0.5ppm）。氢水氢气浓度使用KM2100DH分析。

铁溶液制备，称0.362 克九水硝酸铁，2.5毫升1摩尔/升次盐酸用250毫升水进行稀释，配制铁溶液。Renaissance 公司的10毫摩尔/升纳米铂溶液用水稀释成1毫摩尔/升。2%邻菲罗啉溶液制备，2克二氯邻菲罗啉一水合物用100毫升水溶解。pH6.15缓冲液，10.2克2-吗啉乙磺酸一水合物溶解在水中，氢氧化钠溶液调整pH后加水到250毫升。

将5毫升样品加入容量瓶，加入0.5毫升铁溶液，0.15毫升纳米铂金溶液，0.5毫升邻菲罗啉溶液，2毫升缓冲液，用水配平到10毫升。

氢气不能直接还原铁离子为亚铁离子，铂金表面能吸收氢分子，并能把氢分子变成氢原子。铂金表面给氢气还原铁离子提供了反应环境。

图1 现实纳米铂金对氢还原铁离子反应速度的影响

结果显示在没有纳米铂金存在时，反应几乎不会发生。加入纳米铂金后反应速度迅速增加，当纳米铂金增加到0.012毫摩尔/升反应速度达到最大。

研究对氢气氧化还原反应的理想pH条件进行了分析。图2结果显示，最大反应速度的pH为2。

图2 氢气氧化还原反应的理想pH条件

朗伯一比尔定律(Lambert-Beer law)是分光光度法的基本定律，是描述物质对某一波长光吸收的强弱与吸光物质的浓度及其液层厚度间的关系。本研究发现在0-6.5微摩尔/升符合朗伯一比尔定律，水中氢分子摩尔系数是2.26× 104升/摩尔厘米，线相关系数非常高(0.9968)。摩尔系数接近铁离子的2倍，说明1摩尔氢气分子可以还原2摩尔铁离子。氢气浓度分析底限为6.96 × 10-7 mol/L (1.39 × 10-3 ppm, n= 16)。这是比较灵敏的方法。

图3 使用标准程序获得氢浓度标准曲线

氢气非常容易从水中释放，氢水中氢气浓度的稳定性受水温等多种因素影响。本研究结果（图4）发现，随着温度的增加，氢气释放速度增加。对加入纳米铂金后氢水稳定性的影响研究发现，加入纳米铂金能增加氢水的稳定性，提示氢气能被铂金表面吸附（图5）。这里请注意，铂金对氢气分子的吸附有其独特性，其实增加气体溶液稳定性的一个简单办法就是增加颗粒物，因为颗粒物能吸附气体，降低气体从水面释放的速度，增加氢气稳定性真的不能使用白金，完全可以使用活性炭和白陶土等材料。

研究对水中常见离子的影响进行了分析，结果发现一些具有氧化作用的离子如重铬酸和高锰酸根能造成负向误差。碘离子则能带来正向误差。这一结果告诉我们，如果将这种方法用于分析生物样品，需要小心影响因素。

这里建立了一种简单的氢水中氢气浓度分析方法。这种方法在pH为2的情况下反应速度最理想。1摩尔氢气能还原2摩尔铁离子为亚铁离子。氢气的摩尔系数为2.25 × 104 L·mol-1·cm-1。影响氢气稳定性的某些因素如水温、纳米铂金也进行了分析。水中一些具有氧化和还原作用的离子会对结果产生干扰。最低可检测的水中氢气浓度为1.39ppb。

使用日本岛津UV-1800分光光度计1厘米玻璃比色杯，TOA HM-30V测定pH。MAGICPOT氢气发生器用于制备氢水，这种产品氢水中氢气浓度平均大约0.5mg/L（0.5ppm）。氢水氢气浓度使用KM2100DH分析。

铁溶液制备，称0.362 克九水硝酸铁，2.5毫升1摩尔/升次盐酸用250毫升水进行稀释，配制铁溶液。Renaissance 公司的10毫摩尔/升纳米铂溶液用水稀释成1毫摩尔/升。2%邻菲罗啉溶液制备，2克二氯邻菲罗啉一水合物用100毫升水溶解。pH6.15缓冲液，10.2克2-吗啉乙磺酸一水合物溶解在水中，氢氧化钠溶液调整pH后加水到250毫升。

将5毫升样品加入容量瓶，加入0.5毫升铁溶液，0.15毫升纳米铂金溶液，0.5毫升邻菲罗啉溶液，2毫升缓冲液，用水配平到10毫升。

氢气不能直接还原铁离子为亚铁离子，铂金表面能吸收氢分子，并能把氢分子变成氢原子。铂金表面给氢气还原铁离子提供了反应环境。

图1 现实纳米铂金对氢还原铁离子反应速度的影响

结果显示在没有纳米铂金存在时，反应几乎不会发生。加入纳米铂金后反应速度迅速增加，当纳米铂金增加到0.012毫摩尔/升反应速度达到最大。