氫水中氫氣濃度的分析最標(biāo)準(zhǔn)的是氣相色譜方法，也有采用電化學(xué)電極分析，這些方法雖然比較準(zhǔn)確，但設(shè)備相對(duì)比較昂貴，為配合日常商業(yè)和民用需要，一些人利用氫氣對(duì)還原電位的影響，用水的氧化還原電位間接分析氫氣含量，也有利用氫氣還原有色物質(zhì)為無(wú)色物質(zhì)的能力進(jìn)行氧化還原滴定。但有色還原為無(wú)色的方法雖然比較簡(jiǎn)單，但難以進(jìn)行精確定量。最近日本東京工程學(xué)院工學(xué)院大學(xué)先進(jìn)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系Minori Kamaya根據(jù)氧化還原滴定方法結(jié)合分光廣度計(jì)分析，提出了一種新的氫水氫氣濃度分析方法，這種方法在使用方便性和準(zhǔn)確性方面是否能得到市場(chǎng)的認(rèn)可。
《氫思語(yǔ)》給大家簡(jiǎn)要介紹和分析。不斷有學(xué)者對(duì)氫氣濃度的分析技術(shù)進(jìn)行研究，強(qiáng)烈提示學(xué)術(shù)界對(duì)氫氣生物醫(yī)學(xué)研究的關(guān)注度在提升，這是從事化學(xué)的學(xué)者利用自己的專業(yè)技術(shù)，給氫氣醫(yī)學(xué)產(chǎn)業(yè)方面提供技術(shù)支持和服務(wù)，我們?cè)诟兄x學(xué)者對(duì)這一領(lǐng)域幫助的同時(shí)，也應(yīng)該對(duì)氫氣醫(yī)學(xué)的生命力有更強(qiáng)的信心。
氫水不僅很早就應(yīng)用于硅片表面清洗和小青菜種植，在醫(yī)療健康領(lǐng)域也受到廣泛重視，人們利用飲用氫水和氫水洗澡等方法進(jìn)行疾病治療和保持年輕健康。2007年后氫水生物醫(yī)學(xué)效應(yīng)研究越來(lái)越多，吸引了基礎(chǔ)和臨床醫(yī)學(xué)研究學(xué)者的重視，也推動(dòng)了氫氣健康產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。在使用和評(píng)價(jià)氫水時(shí)，測(cè)定氫氣濃度就成為非常重要的問(wèn)題。氫氣濃度分析方法包括電化學(xué)法、氣相色譜和亞甲藍(lán)滴定法。過(guò)去還沒(méi)有技術(shù)使用分光光度計(jì)確定水中氫氣的含量。最新這一報(bào)道采用分光光度計(jì)方法進(jìn)行氫氣濃度分析。
亞甲基藍(lán)滴定法的滴定點(diǎn)是滴入溶液后藍(lán)色不能消除。藍(lán)色消除的原理是藍(lán)色亞甲基藍(lán)被氫氣還原為無(wú)色亞甲基藍(lán)，因?yàn)闅錃膺€原能力不夠強(qiáng)，需要同時(shí)加入納米鉑金催化劑。用顏色作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，使用分光光度計(jì)可以定量。但是這個(gè)亞甲基藍(lán)滴定法滴定結(jié)束后，如果溶液暴露在空氣中，空氣中的氧氣會(huì)逐漸把無(wú)色亞甲基藍(lán)氧化復(fù)原為藍(lán)色。所以這個(gè)方法直接用分光光度計(jì)定量比較困難。不過(guò)使用納米鉑金作為氫氣還原效應(yīng)的催化劑是個(gè)好思路。
最新這個(gè)方法就是利用氫氣的還原性，在納米鉑金催化下，氫氣把鐵離子還原為亞鐵離子，然后使用鄰菲羅啉作為顯色劑，用分光光度計(jì)測(cè)定分析亞鐵離子濃度。鄰菲羅啉也叫1,10-菲羅啉，化學(xué)式為C12H8N2，與亞鐵離子在PH2~9的條件下生成桔紅色絡(luò)合物，可用分光光度法測(cè)定鐵含量。
一、實(shí)驗(yàn)方法
1、材料試劑
使用日本島津UV-1800分光光度計(jì)1厘米玻璃比色杯，TOA HM-30V測(cè)定pH。MAGICPOT氫氣發(fā)生器用于制備氫水，這種產(chǎn)品氫水中氫氣濃度平均大約0.5 mg/L（0.5ppm）。氫水氫氣濃度使用KM2100DH分析（哈）。
鐵溶液制備，稱0.362 克九水硝酸鐵，2.5毫升1摩爾/升次鹽酸用250毫升水進(jìn)行稀釋，配制鐵溶液。Renaissance 公司的10毫摩爾/升納米鉑溶液用水稀釋成1毫摩爾/升。
2%鄰菲羅啉溶液制備，2克二氯鄰菲羅啉一水合物用100毫升水溶解。
pH6.15緩沖液，10.2克2-嗎啉乙磺酸一水合物溶解在水中，氫氧化鈉溶液調(diào)整pH后加水到250毫升。
2、實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)程序
將5毫升樣品加入容量瓶，加入0.5毫升鐵溶液，0.15毫升納米鉑金溶液，0.5毫升鄰菲羅啉溶液，2毫升緩沖液，用水配平到10毫升。
二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論
1、納米鉑金的影響
氫氣不能直接還原鐵離子為亞鐵離子，鉑金表面能吸收氫分子，并能把氫分子變成氫原子。鉑金表面給氫氣還原鐵離子提供了反應(yīng)環(huán)境。
圖1現(xiàn)實(shí)納米鉑金對(duì)氫還原鐵離子反應(yīng)速度的影響。結(jié)果顯示在沒(méi)有納米鉑金存在時(shí)，反應(yīng)幾乎不會(huì)發(fā)生。加入納米鉑金后反應(yīng)速度迅速增加，當(dāng)納米鉑金增加到0.012毫摩爾/升反應(yīng)速度達(dá)到最大。
2、pH的影響
研究對(duì)氫氣氧化還原反應(yīng)的理想pH條件進(jìn)行了分析。圖2結(jié)果顯示，最大反應(yīng)速度的pH為2。
3、氫氣濃度分析曲線
使用標(biāo)準(zhǔn)程序獲得氫濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線（圖3）.
朗伯一比爾定律(Lambert-Beer law)是分光光度法的基本定律，是描述物質(zhì)對(duì)某一波長(zhǎng)光吸收的強(qiáng)弱與吸光物質(zhì)的濃度及其液層厚度間的關(guān)系。本研究發(fā)現(xiàn)在0-6.5微摩爾/升符合朗伯一比爾定律，水中氫分子摩爾系數(shù)是2.26× 104升/摩爾厘米，線相關(guān)系數(shù)非常高(0.9968)。摩爾系數(shù)接近鐵離子的2倍，說(shuō)明1摩爾氫氣分子可以還原2摩爾鐵離子。氫氣濃度分析底限為6.96 × 10-7 mol/L (1.39 × 10-3 ppm, n= 16)。這是比較靈敏的方法。
4、氫水的穩(wěn)定性
氫氣非常容易從水中釋放，氫水中氫氣濃度的穩(wěn)定性受水溫等多種因素影響。本研究結(jié)果（圖4）發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的增加，氫氣釋放速度增加。對(duì)加入納米鉑金后氫水穩(wěn)定性的影響研究發(fā)現(xiàn)，加入納米鉑金能增加氫水的穩(wěn)定性，提示氫氣能被鉑金表面吸附（圖5）。這里請(qǐng)注意，鉑金對(duì)氫氣分子的吸附有其獨(dú)特性，其實(shí)增加氣體溶液穩(wěn)定性的一個(gè)簡(jiǎn)單辦法就是增加顆粒物，因?yàn)轭w粒物能吸附氣體，降低氣體從水面釋放的速度，增加氫氣穩(wěn)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。
5、水中離子的影響
研究對(duì)水中常見(jiàn)離子的影響進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一些具有氧化作用的離子如重鉻酸和高錳酸根能造成負(fù)向誤差。碘離子則能帶來(lái)正向誤差。這一結(jié)果告訴我們，如果將這種方法用于分析生物樣品，需要小心影響因素。
三、結(jié)論
這里建立了一種簡(jiǎn)單的氫水中氫氣濃度分析方法。這種方法在pH為2的情況下反應(yīng)速度最理想。1摩爾氫氣能還原2摩爾鐵離子為亞鐵離子。氫氣的摩爾系數(shù)為2.25 × 104L·mol-1·cm-1。影響氫氣穩(wěn)定性的某些因素如水溫、納米鉑金也進(jìn)行了分析。水中一些具有氧化和還原作用的離子會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生干擾。最低可檢測(cè)的水中氫氣濃度為1.39ppb。
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