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氢气能溶于水吗?怎么证明氢注富氢水中含氢?

回答
氢气溶于水吗?怎么证明富氢水中真的含有氢气?

很多人对富氢水抱有好奇,但同时也存在疑问:氢气这种气体,真的能溶进水里吗?如果能,我们又怎么才能确定,我们喝的富氢水里,真的“富”着氢气呢?今天,我们就来好好聊聊这两个问题,把它们讲得透彻明白。

第一部分:氢气,到底能不能溶进水里?

答案是:能,但是溶解度不高。

这就像我们把空气吹进水里,水里会出现小气泡,对不对?氢气也是这样,它是一种气体,可以以分子的形式溶解在水里。

不过,这里有一个关键点需要理解:“溶解”和“产生大量气泡”是两回事。

产生大量气泡:当我们往水里快速打入大量氢气,或者在水中进行电解产生氢气时,我们会看到密密麻麻的气泡冒出来。这是一种物理状态的变化,氢气以气体的形式存在于水中,并不是真正意义上的“溶解”进水分子中。
溶解:真正的溶解,是指氢气分子能够分散并被水分子包围,均匀地分布在水中,就像盐溶解在水里一样,我们肉眼看不到盐的颗粒,但它们确实存在于水中。

那么,氢气溶解在水里,有什么特点呢?

1. 溶解度不高:相比于氧气、二氧化碳等气体,氢气的溶解度是比较低的。这意味着在常温常压下,想要让大量的氢气稳定地溶解在水中,需要一些特殊的技术手段。
2. 受温度和压力的影响:溶解度会随着温度升高而降低,随着压力增大而升高。这也是为什么一些富氢水产品会强调“低温保存”和“压力发生”的原因。
3. 不与水发生化学反应:氢气溶解在水中,主要是物理上的溶解,它不会像二氧化碳溶于水会形成碳酸那样,与水分子发生化学反应,生成新的物质。因此,富氢水中的氢气,本质上仍然是独立的氢气分子。

那么,有没有什么办法能让氢气更好地“跑”进水里呢?

是的,目前的富氢水技术,就是通过各种方式来提高氢气在水中的溶解度,并维持其稳定性:

电解法:这是目前最主流的一种方式。通过电解水,直接产生氢气和氧气。在这个过程中,氢气会以极高的压力在水中产生,迫使一部分氢气溶解进去。
物理压盖法:就像我们喝的碳酸饮料一样,利用高压将氢气压入水中。
纳米气泡技术:将氢气包裹在极小的纳米气泡中,这些纳米气泡能够更容易地在水中分散并保持稳定,间接增加了水中可溶的氢气浓度。
氢气注入法:直接将氢气通入水中,但需要控制好时间和压力,以达到一定的溶解浓度。

第二部分:怎么证明富氢水中真的含有氢气?

这才是大家最关心的问题。毕竟,看不见摸不着的,总是让人有点不放心。别担心,科学家们早就研究出了很多方法来“捕捉”并“证明”富氢水中氢气的存在。

我们可以从两个层面来理解证明方法:定性证明(有没有)和定量证明(有多少)。

1. 定性证明:证明“有”氢气

氢气检测笔/检测仪:
这是最直接、最常用的方法。市面上的富氢水检测仪,其核心原理是利用电化学传感器。
工作原理:这类传感器通常会有一个特定的工作电极。当富氢水样品接触到这个电极时,水中的氢气分子会迁移到电极表面,并发生氧化还原反应(例如,2H₂ → 4H⁺ + 4e⁻)。这个反应会产生微弱的电流。
信号解读:电流的大小与氢气的浓度呈正相关。检测仪内部会有一个算法,将这个电流信号转换为可视化的“氢气浓度”读数(通常用ppm或ppb表示)。
如何使用:将富氢水样品倒入检测杯中,放入传感器探头,仪器会进行读数。如果读数高于零,就说明水中含有氢气。

其他化学指示剂(理论上可行,但实际操作较少):
某些化学反应可以消耗氢气,并且伴随有颜色变化或其他现象。例如,有些氧化剂在有氢气存在时,反应速率会发生变化。但这需要专业的化学实验操作,不如检测仪方便。

2. 定量证明:证明“有多少”氢气(衡量“富”的程度)

仅仅证明“有”,可能还不够,我们需要知道它到底“富”到了什么程度。这就需要更精确的测量方法。

气相色谱法 (Gas Chromatography, GC):
这是非常非常精确和权威的一种测量气体含量的方法。
工作原理:将富氢水样品进行“脱气”处理,也就是将水中溶解的氢气全部释放出来,变成气态。然后将这些气态的氢气注入到气相色谱仪中。
分离与检测:气相色谱仪会根据氢气分子与其他气体的物理化学性质差异,将其在色谱柱中分离出来。然后通过一个灵敏的检测器(如热导检测器 TCD),检测出氢气出现的“峰值”信号。
定量分析:通过与已知浓度的标准氢气样品进行比较,就可以精确计算出样品中氢气的含量。
优点:准确度极高,是实验室分析的金标准。
缺点:设备昂贵,操作复杂,需要专业人员。

膜分离气相色谱联用技术:
为了简化操作,一些技术会结合使用。例如,使用特殊的“脱气膜”,让氢气能够选择性地透过,然后直接将透过来的氢气送入气相色谱仪进行分析。

高精度电化学传感器:
前面提到的氢气检测笔,其传感器如果经过精密校准,也可以提供相对准确的定量数据。市面上一些高端的富氢水机或检测设备,会配备这种高精度传感器。

为什么这些方法能证明富氢水中含氢?

物理化学原理:这些方法都是基于氢气作为一种独立的气体分子,能够在特定条件下溶解于水,并在特定条件下被释放或参与反应。
分子识别:无论是电化学传感器检测其氧化还原性,还是气相色谱仪通过分离和检测特定分子(氢气),都是在“识别”水中的氢气分子。
浓度关联:检测到的信号(电流、峰面积等)与水中氢气分子的数量(浓度)之间存在着可量化的关系,所以可以证明“有多少”。

简单来说,证明富氢水中含氢,就像我们要证明一杯糖水里有糖一样:

定性:我们可以尝到甜味,或者用化学试剂检测出糖的存在。
定量:我们可以称量溶解进去的糖的质量,或者通过蒸发水分后称量剩余的糖来计算。

富氢水中的氢气,虽然我们看不见,但它通过物理化学的手段,可以被“捉住”并“称量”出来。

总结一下:

1. 氢气是能溶于水的,尽管溶解度不高,但可以通过技术手段增加其在水中的浓度。
2. 证明富氢水中含氢,最直接的方法是使用氢气检测笔/检测仪,它们利用电化学原理感应氢气。
3. 更权威、更精确的定量方法是气相色谱法,它能准确测量出水中氢气的含量。

所以,当你看到一款富氢水产品,并且想知道它是不是真的“富”含氢气,可以关注它的氢气浓度指标,并了解其生产工艺。科学的测量方法,是解读这些“富含”背后真相的钥匙。

网友意见

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实际上这个富氢水,纯粹就是骗人的,收智商税的。这个富氢水的研究主要集中在日本(在日本叫做“水素水”),包括你去维基百科词条搜索时,你会发现日文词条内容非常详尽,英文词条存在但是内容比较简略,而中文词条甚至不存在。

比如在日文词条中,维基百科介绍这个富氢水已经被判决违反法律的了(括号内是通过谷歌翻译的,有些特殊名词的翻译可能有一定的偏差,但是不影响大意)[1]

2016年3月上旬、消費者庁から特定商取引法違反(不実告知)で、一部業務停止命令が出されている。会員に対して「病気が治る」といった虚偽の説明が行われたり、強引な勧誘が行われた。
【2016年3月上旬,消费者事务管理局发布了部分营业暂停命令,违反了《特定商业交易法》(虚假陈述)。向成员提供了诸如“疾病已治愈”之类的错误解释,并进行了强迫诱骗。】
2017年3月、消費者庁は効能を謳う同商品について効果を裏付ける明確な根拠がなく、景品表示法に違反するとして(優良誤認)、再発防止を命じる行政処分を行った。
【2017年3月,消费者事务管理局发布了一项行政处罚令,以防止再次发生,称其违反了奖品标签法(很好的误解),因为没有明确的依据来支持声称其功效的产品的效果。】
2017年6月27日、警視庁生活環境課は、食品スーパーの男性社員3人と法人を医薬品医療機器法違反(承認前の医薬品の広告の禁止など)の疑いで書類送検した。
【2017年6月27日,大都会警察局生活环境部向一家食品超市和一家公司的三名男性雇员发送了文件,涉嫌违反《药品和医疗器械法》(在批准前禁止药品广告等)。】

在英文词条中,也提及了这个“富氢水对身体有益”的说法证据不足[2]。另外我还要提到,这个富氢水的理论基础是高压氢气可能对身体有帮助。但是首先高压氢气是否真的对身体有好处还没有证实,其次富氢水中的氢气含量远远比高压氢气中的含量低太多了——氢气在水中是难溶的:在常压下,1升水中大约可以溶解18 mL的氢气[3],也就是0.0016 g的氢气,也就是可以忽略不计的。所以无论怎么看,这个富氢水就相当于普通的水罢了。

So far, there is a lack of scientific consensus concerning the evidence that hydrogen has health benefits in humans. A few articles have been published on the topic, but the clinical literature is sparse and what has been published covers many conditions, but not multiple trials of any one condition. Hydrogen water proponents claim that it has health benefits such being an antioxidant, reducing inflammation, reducing risk of metabolic syndrome, providing neuroprotection for various diseases, and reducing side effects associated with cancer radiation treatment. But none of the published articles concerning these claims are systematic reviews or meta-analyses and very little work has been done in animals.
【迄今为止,关于氢气对人类健康有益的证据,尚且缺乏科学共识。关于该主题的文章已经发表了一些,但临床文献很少;这些临床实验虽然涵盖了许多情况,但没有针对任何一种情况的多次重复试验。富氢水支持者声称它具有健康益处,例如抗氧化剂、减少炎症、减少代谢综合征的风险、为各种疾病提供神经保护以及减少与癌症放射治疗相关的副作用等。但是,有关这些声明的已发表文章均未进行系统的综述或荟萃分析,并且在生物活体实验方面所做的工作很少。】

划重点——目前没有重复实验。想必经过这次裴钢事件后,现在大家都知道重复实验的“重要性”了。所以,所谓的富氢水,在发明其的日本,已经不合法了;大家就不要上当去购买了。不过如果真的已经买了,也不用担心,这个水也是没有毒的,只是多花了点钱罢了。

多学点科学,不容易上当。

参考

  1. ^ https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B4%E7%B4%A0%E6%B0%B4
  2. ^ https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_water
  3. ^ https://baike.baidu.com/item/%E6%B0%94%E4%BD%93%E6%BA%B6%E8%A7%A3%E5%BA%A6

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