Содержание:
- Измерение концентрации водорода методом газовой хромотографии
- Изменение концентрации водорода газоанализаторами с селективными элекродами
- Изменение концентрации водорода титрованием каплями метиленового синего с коллоидной платиной
- Измерители на основе пересчёта окислительно-восстановительного потенциала (ОВП).
Измерение концентрации молекулярного водорода в воде, в отличии, например, от содержания ионов водорода H+ ,является неординарной задачей.
Более того, многие методы, широко используемые на практике, дают неадекватные результаты, а измерение водорода. содержащегося в микропузырьках, вообще этими методами недоступно.
Авторитетная Международная Ассоциация стандартов водорода -The International Hydrogen Standards Association IHSA рекомендует использовать газовую хроматографию и, как альтернативу ей - измерение при помощи некоторых селективных электродов.
Приводим дословный перевод:
Методы определения концентрации водорода
Газовая хроматография (ГХ) будет рассматриваться как основной метод измерения молекулярного водорода. ГХ должна быть самым надежным методом для специалистов в области химического анализа. Кратко говоря, этот метод требует переноса H2 из водной фазы в газовую фазу с использованием плотно закрытого сосуда, где концентрацию водорода можно измерить с помощью ГХ. Стандартные операционные процедуры (СОП) для измерения с помощью ГХ вскоре будут определены Международной ассоциацией безопасности и здоровья (IHSA) для уменьшения систематических ошибок.
IHSA также примет вторичный метод с использованием электрода, специфичного для водорода. В настоящее время коммерчески доступно несколько электродов; однако каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. Таким образом, один электрод будет тщательно выбран для измерения, и стандартные операционные процедуры (СОП) будут установлены IHSA. Хотя могут быть другие подходящие варианты для общего потребительского использования, они не будут рассматриваться для использования в сертификации IHSA. Например, IHSA может рекомендовать разные марки электродов, датчиков, использование одобренных реагентов для окислительно-восстановительного титрования и т.д. Однако методы, зависящие от измерения окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) для оценки водорода в воде, включающие электроды, неспецифичные для водорода, не рекомендуются. Хотя отрицательный ОВП является одной из характеристик водородной воды, сам ОВП не показывает концентрацию водорода. Таким образом, технологии, основанные на измерении ОВП, не должны использоваться как метод измерения концентрации водорода.
Измерение концентрации водорода методом газовой хромотографии
Компактный и недорогой газовый хроматограф российского производства “Кристалл 5000, на рынке с 2000 года, цена на январь 2022- от 700 000 руб + НДС.
Газовая хроматография (ГХ) - это метод, используемый для разделения соединений в смесях путем анализа взаимодействия, которое происходит между газом (подвижная фаза) и полимерным материалом (неподвижная фаза), содержащимся в длинной трубке, называемой колонкой.
Колонка используется для разделения отдельных компонентов, содержащихся в образце. Хотя ГХ может измерять многие другие газы и соединения, содержащиеся в образце, мы рассмотрим растворенный газ H2.
Образец для испытаний вводится в порт инжектора ГХ, и растворенный водород удаляется из воды с под действием тепла. Затем испарившийся газ нагнетается в колонку с использованием сжатого инертного газа-носителя (обычно аргона или азота). Пройдя по длине колонны, газ проходит через детектор теплопроводности (ДТП), его присутствие влияет на электрические характеристики вольфрам-рениевой нити. Отклик детектора будет пропорционален концентрации растворенного газообразного водорода, содержащегося в растворе пробы, и приведет к небольшому, но измеримому изменению падения напряжения. Сравнивая реакцию детектора во времени с сохраненным калибровочным стандартом, ГХ может определить неизвестную концентрацию водорода, присутствующего в исследуемой пробе. При этом все равно, был ли этот водород растворен в воде или был в микропузырьках - он все равно будет учтен.
Производители тест- капель метиленового синего с коллоидной платиной калибруют их и проверяют характеристики с помощью ГХ.
Изменение концентрации водорода газоанализаторами с селективными элекродами
Ещё есть метод - газоанализаторы с селективными электродами.
Анализатор растворенного водорода МАРК-501: (портативный). Цена на от 93600.00 руб. (без НДС) на январь 2022 года
Стационарный водородомер АВП-01Г. Цена без НДС на январь 2022 - 90 088 руб.
Принцип работы таких измерителей водорода
При измерениях электроды погружаются в раствор электролита, отделенного мембраной от анализируемой среды. Мембрана проницаема для водорода, но непроницаема для паров воды и жидкостей. Водород диффундирует из анализируемой среды через мембрану в расположенный между мембраной и анодом слой электролита. На поверхности анода возникает электрохимическая реакция, в которую и вступает водород.
В результате в датчике начинает вырабатываться сигнал постоянного тока, величина которого пропорциональна концентрации водорода, растворенного в анализируемых средах.
Далее этот сигнал преобразуется в данные.
По-научному это называется “амперометрический датчик, работающий по принципу полярографической ячейки закрытого типа”.
Метод нечувствителен к водороду в микропузырьках
Изменение концентрации водорода титрованием каплями метиленовоо синего с коллоидной платиной
Наиболее простой и недорогой метод при помощи капель метиленового синегом с коллоидной платиной.
24 января 2012 года в научном журнале Medical gas research в статье “Удобный метод определения концентрации водорода в воде: использование метиленового синего с коллоидной платиной”. ("A convenient method for determining the concentration of hydrogen in water: use of methylene blue with colloidal platinum." https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3309943/) японскими учеными было предложено измерять количество водорода титрованием (последовательным добавлением капель до изменения цвета раствора).
“Метод определения концентрации водорода в воде очень желателен, особенно если он проще и дешевле, чем современный метод, включающий дорогие электрохимические датчики газа. Соответственно, мы исследовали простой метод оксидиметрии, который включает окислительно-восстановительную реакцию окислителя метиленового синего (МБ) в присутствии коллоидного платинового (Pt) катализатора. Хорошо известно, что МБ реагирует с эквимолярным количеством водорода в присутствии Pt или палладия с образованием бесцветного восстановленного (лейкометиленовый синий, лейко МБ) следующим образом MB (blue) + 2H+ + 2e- → leucoMB (бесцветный)” - говорится в статье
На основе этой методики делаются капли многими производителями.
Из недостатков - в процесссе измерения водород улетучивается, водород в пузырьках тоже доступен не полностью, поэтому результат может быть ниже, чем действительный
Измерители на основе пересчёта окислительно-восстановительного потенциала (ОВП)
До 2018 года для измерения содержания водорода на рынке генераторов водородной воды применялись приборы типа Trustlex.
В январе 2022 года стоимость Trustlex составляла 43 000 - 48 000 руб.
Сейчас появились их дешевые аналоги. В России - порядок цен примерно 16 000 руб (январь 2022).
Принцип их работы - измерение окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) раствора и автоматический пересчет в концентрацию водорода.
Действительно, между концентрацией водорода и ОВП есть взаимосвязь.
Это - уравнение Нернста для пары "молекулярный водород - ион водорода". Оно показывает, что чем больше концентрация молекулярного водорода, (H2 в квадратных скобках), тем больше ОВП со знаком минус.
Но из этого же уравнения видно, что концентрация ионов водорода H+ влияет на ОВП гораздо больше - оно во 2й степени (квадрате). Ионы водорода H+ определяют кислотность, pH.
● Вывод - даже незначительное изменение pH гораздо больше влияет на ОВП, чем содержание водорода. Даже незначительный сдвиг pH от значения, на которое настроен прибор, приводит к значительным искажениям.
На ОВП может влиять множество факторов, не только водород и его ионы. Например, если аквариум долго не чистить, вода в нем тоже станет с отрицательным ОВП, машинное масло - тоже имеет отрицательным ОВП.
Trustlex и его аналоги, измеряющие концентрацию водорода на основе ОВП, - неизбирательны, они могут показывать наличие водорода, даже когда его нет.
Кроме того,этот метод не позволяет учесть в водород, который содержится в микропузырьках и особо эффективно усваивается организмом, что особенно актуально для генераторов водородной воды сверхвысокой концентрации, он не дает достоверных результатов, и в частности, поэтому, этот метод не рекомендован Международнаой Ассоциацией стандартов водорода -The International Hydrogen Standards Association (IHSA
