Содержание:
- Измерители на основе пересчёта окислительно-восстановительного потенциала (ОВП).
- 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)
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.
Измерение концентрации водорода методом газовой хромотографии
Наиболее правильно измерять содержание водорода при помощи газовой хромотографии - масс спектрометрии. Этот метод часто применяли в научных исследованиях.
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.
Обычно 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”.
Изменение концентрации водорода титрованием каплями метиленового 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.
Преимущества - удобство, простота, независимость от значения pH’. Кроме того, с его помощью можно измерять и водород, находящийся в микропузырьках в водородной воде в приборах, дающих сверх-высокую концентрацию.
