Warum den Wasserstoffgehalt im Wasser messen?

Um die Wirksamkeit des Geräts zu beurteilen, ist es wichtig, die Gesamtmenge des vom Körper aufgenommenen Wasserstoffs beim Trinken von wasserstoffreichem Wasser zu messen. Die Messung der Konzentration von molekularem Wasserstoff im Wasser ist eine außergewöhnliche Aufgabe.

Oft wird das Oxidations-Reduktions-Potential (ORP) gemessen; jedoch liefert diese Methode keine genauen Ergebnisse. Außerdem beeinflusst Wasserstoff in Mikrobläschen das ORP überhaupt nicht.

Messmethoden

1. Gaschromatographie

Die angesehene International Hydrogen Standards Association empfiehlt die Verwendung der Gaschromatographie.

Die Gaschromatographie (GC) ist eine teure Methode, daher ist ihre Nutzung typischerweise auf spezialisierte Labore, wissenschaftliche Einrichtungen und Hersteller beschränkt, die präzise Messungen benötigen und in die Ausrüstung und Wartung investieren können. Wie viel kostet ein Gaschromatograph? Hersteller von Methylenblau-Testtropfen mit kolloidalem Platin kalibrieren und überprüfen ihre Eigenschaften normalerweise mit GC.

Die Gaschromatographie ist eine Methode, um Verbindungen in Mischungen zu trennen, indem die Wechselwirkung zwischen einem Gas (mobiler Phase) und einem Polymermaterial (stationäre Phase) in einer langen Säule analysiert wird.

Die Säule wird verwendet, um einzelne Komponenten der Probe zu trennen. Obwohl die GC viele andere Gase und Verbindungen in einer Probe messen kann, betrachten wir hier Wasserstoffgas (H₂).

Die Probe wird in den Injektionsport der GC injiziert, und der im Wasser gelöste oder in Mikrobläschen enthaltene Wasserstoff wird durch Hitze entfernt. Das verdampfte Gas wird dann mit komprimiertem Inertgas (normalerweise Argon oder Stickstoff) in die Säule gepresst. Während das Gas durch die Säule wandert, passiert es einen Wärmeleitfähigkeitsdetektor (TCD), wo seine Anwesenheit die elektrischen Eigenschaften eines Wolfram-Rhenium-Filaments beeinflusst. Die Reaktion des Detektors ist proportional zur Konzentration des gelösten Wasserstoffgases in der Probelösung, was zu einer kleinen, aber messbaren Änderung des Spannungsabfalls führt. Durch den Vergleich der Detektorreaktion über die Zeit mit einem gespeicherten Kalibrierungsstandard kann die GC die unbekannte Konzentration von Wasserstoff in der Probe bestimmen. Diese Methode zeigt Wasserstoff sowohl gelöst im Wasser als auch aus Blasen.

Vorteile:

• Hohe Genauigkeit
• Fähigkeit, Wasserstoff aus Mikrobläschen zu messen

Nachteile:

• Hohe Gerätekosten
• Nur in spezialisierten Laboren und wissenschaftlichen Einrichtungen genutzt

2. Methylenblautropfen mit kolloidalem Platin

Eine erschwingliche Methode zur Messung der Wasserstoffkonzentration durch Titration wird häufig von Herstellern verwendet und ermöglicht die Messung von Wasserstoff in Mikrobläschen.

Am 24. Januar 2012 wurde in der wissenschaftlichen Zeitschrift Medical Gas Research ein Artikel mit dem Titel "Eine bequeme Methode zur Bestimmung der Wasserstoffkonzentration im Wasser: Verwendung von Methylenblau mit kolloidalem Platin" von japanischen Wissenschaftlern veröffentlicht. Der Artikel schlug vor, die Menge an Wasserstoff durch Titration zu messen (schrittweise Zugabe von Tropfen, bis sich die Lösung verfärbt).

"Die Methode zur Bestimmung der Wasserstoffkonzentration im Wasser ist sehr wünschenswert, insbesondere wenn sie einfacher und kostengünstiger ist als die derzeitige Methode mit teuren elektrochemischen Gassensoren. Dementsprechend untersuchten wir eine einfache Oxidometriemethode, die die Redoxreaktion des Oxidationsmittels Methylenblau (MB) in Gegenwart eines kolloidalen Platin (Pt)-Katalysators umfasst. Es ist bekannt, dass MB mit einer äquimolaren Menge an Wasserstoff in Gegenwart von Pt oder Palladium reagiert, um das farblose reduzierte (Leucomethylenblau, leuko MB) zu bilden: MB (blau) + 2H⁺ + 2e^- → leucoMB (farblos)", heißt es in dem Artikel. Basierend auf dieser Methodik produzieren viele Hersteller die Tropfen.

 

Die Messung erfolgt durch Titration - Zugabe von Tropfen der blauen Lösung und Zählen der Tropfen, bis die Lösung von blau zu klar wechselt.

Vorteile:

• Einfachheit und Bequemlichkeit: Die Methode ist einfach und leicht durchzuführen.
• Unabhängigkeit vom pH-Wert: Die Messung wird nicht durch den pH-Wert der Lösung beeinflusst.
• Effektiv für Mikrobläschen: Kann Wasserstoff in Mikrobläschen in wasserstoffreichen Wassergeräten messen, die ultrahohe Konzentrationen erzeugen.

Nachteile:

• Wasserstoffverlust: Ein Teil des Wasserstoffs entweicht während des Messprozesses, was zu einem leicht niedrigeren Messwert als der tatsächlichen Konzentration führt.

3. ORP-basierte Wasserstoffmessgeräte

Das Oxidations-Reduktions-Potential (ORP) einer Flüssigkeit gibt an, ob sie etwas oxidieren kann (positives ORP) oder ob sie selbst oxidiert wird (negatives ORP).

Wasserstoff kann oxidiert werden, was das ORP senkt.

Wichtig: Viele schädliche Substanzen haben ebenfalls ein negatives ORP - beispielsweise organische Stoffe in einem alten Aquarium oder Motoröl. Dies bedeutet nicht, dass diese Flüssigkeiten gesundheitsfördernd sind.

Bis 2018 wurden Geräte wie Trustlex im Markt für Wasserstoffwassererzeuger zur Messung des Wasserstoffgehalts verwendet.

Inzwischen gibt es günstige Alternativen zu diesen Geräten.

Das Funktionsprinzip besteht in der Messung des Oxidations-Reduktions-Potentials (ORP) der Lösung und der automatischen Umwandlung in Wasserstoffkonzentration. Tatsächlich gibt es eine Korrelation zwischen Wasserstoffkonzentration und ORP.

Jedoch zeigt dieselbe Gleichung, dass die Konzentration von Wasserstoffionen (H⁺) das ORP viel stärker beeinflusst - sie ist quadratisch. Wasserstoffionen (H+) bestimmen die Säure, also den pH-Wert.

Fazit: Selbst geringfügige pH-Änderungen beeinflussen das ORP viel stärker als der Wasserstoffgehalt. Eine kleine Verschiebung des pH-Werts von dem Wert, für den das Gerät kalibriert ist, führt zu erheblichen Verzerrungen.

Beeinflussende Faktoren:

• ORP kann von vielen Faktoren beeinflusst werden, nicht nur von Wasserstoff und seinen Ionen. Beispielsweise hat das Wasser in einem lange nicht gereinigten Aquarium ebenfalls ein negatives ORP. Motoröl hat ebenfalls ein negatives ORP.
• Geräte wie Trustlex und seine Analogien, die den Wasserstoffgehalt basierend auf ORP messen, sind unspezifisch. Sie können das Vorhandensein von Wasserstoff anzeigen, auch wenn keiner vorhanden ist.

Beschränkungen:

• Diese Methode berücksichtigt nicht den Wasserstoff, der in Mikrobläschen enthalten ist, die vom Körper besonders gut aufgenommen werden. Dies ist besonders relevant für wasserstoffreiche Wassererzeuger mit ultrahoher Konzentration.
• Sie liefert keine zuverlässigen Ergebnisse und wird daher nicht von der International Hydrogen Standards Association (IHSA) empfohlen.

Vorteile:

• Einfache Handhabung

Nachteile:

• Ungenauigkeit aufgrund der Beeinflussung durch pH-Wert und andere Faktoren
• Unfähigkeit, Wasserstoff in Mikrobläschen zu berücksichtigen

4. Messung der Wasserstoffkonzentration mit Gasanalysatoren mit selektiven Elektroden

Das Funktionsprinzip dieser Wasserstoffmessgeräte: Die Elektroden werden in eine Elektrolytlösung eingetaucht, die durch eine Membran vom zu analysierenden Medium getrennt ist. Die Membran ist für Wasserstoff durchlässig, aber undurchlässig für Wasserdämpfe und Flüssigkeiten. Wasserstoff diffundiert aus dem zu analysierenden Medium durch die Membran in die Elektrolytschicht zwischen der Membran und der Anode. An der Oberfläche der Anode findet eine elektrochemische Reaktion mit Wasserstoff statt.

Infolgedessen beginnt der Sensor ein Gleichstromsignal zu erzeugen, dessen Stärke proportional zur Konzentration des im zu analysierenden Medium gelösten Wasserstoffs ist. Dieses Signal wird dann in Daten umgewandelt. Wissenschaftlich wird dies als "amperometrischer Sensor nach dem Prinzip der geschlossenen polarographischen Zelle" bezeichnet.

Vorteile:

• Unabhängigkeit vom pH-Wert der Lösung

Nachteile:

• Unempfindlichkeit gegenüber Wasserstoff in Mikrobläschen