北京豪格电解水的生成及其原理

电解水的生成及其原理北京豪格：雷镡日本、前苏联一些科学家通过对世界各地长寿地区的研究表明，长寿地区的气候环境和人的生活方式各有不同，唯有水质具有某些共性：无污染；含有适量矿物质（并包含某些d－区过渡元素）；水分子团小；负电位，具有消除自由基的作用；弱碱性，含适量氧。日本学者早在上世纪三十年代初就致力于研制产生类似长寿地区水质的设备——改水机（饮用电解水机前身）。后来，经过大量试验及临床应用认为电解水有其特殊的功效，1965年日本卫生部门认定了电解水的医疗效果，并将电解水机批准为医疗器械。目前，日本及我国台湾地区对电解水的研究已取得了一定的进展。九十年代中后期饮用电解水技术引进我国，才有了电解水机的生产厂家，电解水的概念随之逐步被认知与传播。但目前国内缺乏相关基础理论研究及临床验证，没有相关的行业标准；造成了我国百姓认知有限，容易对电解水产生误解，引起市场混乱，在我国的推广艰难而滞后。该文通过对电解水产生机理的分析，说明了碱性电解水在消除超氧自由基、补钙、增强代谢方面、酸性电解水在消毒杀菌方面有明显效果的内在原因，建议国家建立多学科的饮用水评价体系，加大饮用水科学普及力度，解决饮用水的卫生安全及人民群众的健康问题。关键词：电解水过渡元素分子团负电位自由基健康随着工农业的发展，水污染日益加剧，解决饮用水污染问题迫在眉睫，于是人们开始想方设法祛除水中的杂质。净水器、纯水机等终端净水设备应运而生，这是人们用水意识的进步；但是当人们一味追求洁净，一步步从矿泉水、蒸馏水发展到纯水、超纯水时,却发现自己已经从一个极端走到了另一个极端——长期饮用纯水并无益处,并且这些处理方法始终没有摆脱物理过滤的本质。于是当电解水这个名词出现时,更多的人都认为这不过是将纯水添加一些矿物质,换了个新名词而已。那么,到底什么是电解水呢?1电解水的生成电解水是一种不同于以往任何传统意义上的饮用水,它是在传统净化水的基础上添加某些矿物质后又经过特制电解槽电解而得到的水。从阳极流出的水含有较多的酸根离子,[H+]高于[OHˉ]，具的氧化性，在日本被称为酸性电解水，学名为电解氧化水；从阴极流出的水因含较多的阳离子，[OHˉ]高于[H+]，带有负电动势，被称作是碱性电解水，学名为电解还原水（见图1）。图1电解水生成流程示意电解水在生成过程中，除了传统的物理过滤、活性炭吸附外，还进行了一系列较为复杂的电化学反应。因此电解水在水分子团大小、氧化还原电位、酸碱度、离子成份与存在状态、电导率等指标上均发生了明显的变化。值得注意的是，由于我国幅员辽阔，地质地貌复杂，各地水质差异较大，因此在进入净化装置前，不同地区原水的TDS、电导率、硬度、离子成份、分子团大小、电位等理化性质本身就有很大差异；即使是同一种原水，也会因净化材料的不同、矿物质成份与添加量的不同、流量的大小以及电极材料、隔膜材料、电解电压、电流密度的不同，而导致生成的电解水性质差异巨大。因此，如何针对不同地区的水质条件进行合理匹配，同时又能降低原材料成本而产生出最利于人体健康的电解还原水，的确是一个复杂的课题。我们认为阳极采用不溶性析氧电极（如铂类）材料，能够保证电解中不产生对人体有害的元素。2电解还原水是健康的饮水2．1原水在电解时的微观变化水的构成为H2O，但实际上并不是每一种水都相同，氢有三种同位素：1H、2H、3H3，氧也有同位素：16O、17O、18O，它们组合成18种水分子混合在天然水中；水分子还是一个高极性分子，由于氢键的作用，使水以水分子团的形式呈液态存在，并且这种水分子团会不断地聚散离合（图2），在局域离子形成的电场力作用下，极性水分子会围绕着某个离子形成分子群团化，当电场达到一定的强度，且有一定浓度的离子作支架时，就会将大分子团的水改变为小分子团的水。图2大分子团与小分子团水示意通过用17O核磁共振分光法检测：图317O核磁共振分光法检测电解水与自来水的波谱曲线图3表明普通原水经过电解而生成的电解水与长寿地区的水，具有高能态（激发态）活性。它很容易通过人体细胞膜被细胞吸收，与普通大分子团相比，小分子团水运动速度快、能量高，渗透性溶解性好，对促进新陈代谢、降低血液粘滞性有很大作用，这也是健康所必需的重要条件。表1不同饮水17O-NMR分光法检测结果17O-NMR分光法检测结果名称线幅分子数·个数平均数自来水矿泉水长寿村水碱性电解水人工纯水117Hz94Hz80Hz52～60Hz150Hz10～138～107～95～713～151298614核种：O（氧-17）·仪器：JUM-EX270·温度：20℃引自松下和弘[《Y17O-NMR分光法对水状态的评价》一文]表2世界长寿村的饮用水CaMgKNaSi17O-NMR/水的线幅192.713.82.7838.811.782Hz(9个)266.714.71.4332.711.374Hz(8个)382.118.60.9543.813.275Hz(8个)423.513.28.4435.626.164Hz(7个)513.72.111.829.6823.576Hz(8个)67.391.672.144.7124.583Hz(9个)平均值：8个矿物浓度单位mg/L36.62MHz17O-NMR（20℃）国际自然医学会协助2．2电解还原水抗氧化机理经净化矿化后的原水,含多种矿物质金属离子及酸根离子，并以正负离子相对稳定的状态存在，在其经过脉冲直流电场过程中，Cl-、SO42-、NO3-、NO2-等酸根阴离子及OH－逐渐向正极移动，OH－在正极失去电子，4OH－－4e=2H2O+O2↑导致阳极室[OH－]减少，水解平衡右移，[H＋]升高，在正极产生富含多种酸根离子的酸性电解水（适于外用，不宜饮用）；同时K＋、Ca2＋、Mg2＋、Fe2+、Zn2+、Mn2+等金属阳离子及H+向负极移动，H+在负极得到电子：2H++2e=H2↑，[H+]减少，水解平衡右移，[OH－]相对升高，产生富含K＋、Ca2＋、Mg2＋、Fe2+等离子的碱性电解水（用于饮用），图4。图4电解示意经测试，碱性电解水有如下特点：①Ca2＋、Mg2＋、Fe2+等矿物质含量较原水增加20%～50%，并且这些金属离子如Ca2＋，在电场力的作用下由原有的化合态电离为呈解离状态的离子钙，也就是常说的活性钙，这样就大大提高了钙在肠道中的吸收比率，长期饮用碱性电解水，对于缺乏矿物质尤其是缺钙而导致的疾病与衰老有很大的帮助。碱性电解水，对于解决钙缺乏问题，是一条既方便可行又经济实惠的好办法，这也是日本人将电解水称为碱性钙离子水的原因。②碱性电解水还溶有多种促进生化反应，具有催化、激活作用的含d轨道过渡元素，它们以含水络合离子的方式存在，如锌（Zn2+）、铁（Fe2+）、锰（Mn2+）、铜（Cu2+）、钒（V2+）等。它们最重要的特点是变价，因此在人体细胞内或细胞外液中能够消除人类衰老根源的超氧自由基。也就是说，过渡元素群能够平衡超氧自由基上的不成对电子，从而防止这些超氧自由基对细胞蛋白质、DNA、脂类等的破坏，从根本上保证了细胞的正常分裂，使人体内细胞的总量不致于随着年龄的增加而迅速减少，从而达到了延长生命的目的。③通过ORP（氧化还原电位）测试仪测试发现，自然界多数水均带正电位，即显示它们具有不同程度的氧化性，而测试结果表明碱性电解水中带有-150mV～-500mV的负电位，具有较强的还原性。这可能是碱性电解水能够迅速消除人体内超氧自由基，具有抗氧化、抗衰老作用的主要原因。台湾大学生化研究所所长吕锋洲教授通过“超微量化学发光检测法”发现：碱性电解水可消除血液中70%的自由基。2．3碱性电解水性质的持久性分析由于碱性电解水通过电场获得了较高的能量，处于激发状态，根据能量最低原理，它将不断释放出能量，趋向于稳定状态（图5）。图5电解水电位及碱性电解水中Ca2＋浓度随时间变化曲线在室内避光、常温、接触空气的条件下，碱性水中的Ca2+、Mg2＋会随着空气中CO2的不断溶入而逐渐下降：2OH-+Ca2++CO2=CaCO3↓+H2O2OH-+Mg2＋+CO2=MgCO3↓+H2O碱性电解水的负电位也会因不断被氧化而逐渐恢复成正电位，小分子团也有不断聚合成大分子团的趋势。以上过程在见光、加热的情况下会加剧。因此，为了发挥碱性电解水的理想功效，建议饮用新生成的电解水，保存电解水时要尽量避免阳光直射、高温以及暴露于氧化环境（如空气）中。一般在常温条件下存放2天以上时间，碱性电解水的功效就会有较大减弱，而在密闭、黑暗、冷藏条件下存放1个月的电解水，经测试各项指标均无大的变动。因此并不能简单地得出电解水不能长期保存的结论，这与不同原水水质及存放条件有很大的关系。另外，据国内外的一些相关资料报道，心衰患者在服用强心利尿剂（毛地黄剂）期间不可饮用碱性电解水。3酸性电解水的杀菌、消毒、美容机理3．1消毒杀菌加NaCl电解出的强酸性电解水，其ORP可达到+1100mV以上、pH值在2.7以下，它能使微生物细胞膜电位发生改变，导致细胞膜通透性增强，细胞代谢酶受到破坏，从而杀灭微生物。在日本，酸性电解水已通过厚生省(卫生部)认定，批准作为消毒用水。对于无油污及血脓的医疗器械，酸性电解水30分钟即可达到灭菌效果，如果改为高效消毒剂戊二醛，则需要几个小时，加上酸性电解水无毒、无刺激的特点，其时效性、安全性和经济性均明显优于以往的化学消毒剂。表3日本食品卫生检测中心对酸性电解水杀菌测试结果细菌初发菌数处理时间30秒1分2分5分大肠杆菌5.3X1060000沙门氏菌7.2X1060000绿脓杆菌8.6X1060000枯草杆菌4.3X1067.8X1052.3X10400耐青霉素黄色葡萄状球菌（MRSA）4.6X1060000金黄色葡萄球菌2.3X1060000病毒未处理时数量用酸性电解水处理后单纯疱疹病毒Ⅱ艾滋病毒乙型肝炎病毒105.8104.5105.30003．2酸性电解水可敛肤美容健康的肌肤呈弱酸性，表面有一层薄的皮脂膜覆盖，它是由皮脂腺分泌的脂类、汗腺分泌的汗液混合而成的呈弱酸性的天然乳液。皮肤表面的pH值在5.0左右，如果这个状态被破坏，皮肤的防御能力减退，弹性下降，就会变得粗糙。而弱酸性电解水的pH值在3.8～6.0之间，它既可以清洁皮肤，又可以使毛孔收缩，增加弹性，从而起到美容作用。4讨论4．1针对不同地区水质的差异性，采用各种不同的净化及添加矿物质的预处理手段，观察电解水的各项指标变化；4．2采用不同电极材料、隔离膜材料，改变电解的电压、电流强度，观察电解水的各项指标变化；4．3加强微观与生化研究，以期从理论与实践中得到最利于人体的电解水量化指标；4．4与临床结合，观察电解水的保健医疗效果与相对应的作用机理；4．5尝试自动恒流控制的方法，以期采用该方法而保持产生的碱（酸）电解水pH基本恒定，从而解决全国不同地区水质因TDS、电导率差异巨大，使得电路难以适应、出水的pH波动较大的问题；4．6尝试采用电渗析或逆渗透法去离子，再添加矿物质浓缩液后进行电解的实验装置，以期从根本上解决全国各地水质差异问题。电解水以其显著功效，已被日本、韩国及我国台湾等地广泛接受。东南亚、欧美等国也逐步加强了对功能水的研究。日本在1992年9月成立了日本碱性离子整水器协会，1997年制定出了行业标准，国际上也成立了功能水研究协会，鉴于“水”这种特殊商品兼具宏观、微观两方面的复杂性，建议国家有关部门加强对功能水的研究、宣传和推广力度，并建立多学科的饮用水水质评价体系，制定相关的行业标准，从饮用水上着手提高全民的身体素质。北京豪格-参考文献[1]陈瑗周玫主编.自由基医学[M],北京：人民军医出版社,1991.1～30[2]吕锋洲.电解水是好水[M],台北:元气齐出版社,1995.54～62[3]金日光.饮用水安全与民族生存健康[M].香港：华泰出版社：2000.332～346[4]SungBong.“DoctorsSpeakAboutAlkalineWaterClinicalTreatmentCases”[M],Seoul,Korea,1985.10～24[5]S