Mesure de la concentration d'hydrogène dans l'eau

 Pourquoi mesurer la concentration d'hydrogène dans l'eau ?

Pour évaluer l'efficacité du dispositif, il est important de mesurer la quantité totale d'hydrogène absorbée par le corps lorsqu'on boit de l'eau riche en hydrogène. Mesurer la concentration d'hydrogène moléculaire dans l'eau est une tâche complexe.

Souvent, le potentiel d'oxydoréduction (ORP) est mesuré ; cependant, cette méthode ne fournit pas de résultats précis. De plus, l'hydrogène contenu dans les microbulles n'affecte pas du tout l'ORP.

Méthodes de mesure

1. Chromatographie en phase gazeuse

La réputée International Hydrogen Standards Association recommande l'utilisation de la chromatographie en phase gazeuse.

La chromatographie en phase gazeuse (GC) est une méthode coûteuse, de sorte que son utilisation est généralement limitée aux laboratoires spécialisés, aux institutions scientifiques et aux fabricants qui nécessitent des mesures de haute précision et peuvent se permettre des investissements dans l'équipement et l'entretien. Combien coûte un chromatographe en phase gazeuse ? Les fabricants de gouttes de test de bleu de méthylène avec du platine colloïdal calibrent et vérifient généralement leurs caractéristiques à l'aide de la GC.

La chromatographie en phase gazeuse est une méthode utilisée pour séparer les composés dans des mélanges en analysant l'interaction entre un gaz (phase mobile) et un matériau polymère (phase stationnaire) contenu dans un long tube appelé colonne.

La colonne est utilisée pour séparer les composants individuels de l'échantillon. Bien que la GC puisse mesurer de nombreux autres gaz et composés dans un échantillon, nous considérerons le gaz hydrogène (H₂).

L'échantillon de test est injecté dans le port d'injection de la GC, et l'hydrogène dissous ou contenu dans les microbulles est extrait de l'eau par la chaleur. Le gaz évaporé est ensuite forcé dans la colonne à l'aide d'un gaz porteur inerte comprimé (généralement de l'argon ou de l'azote). À mesure que le gaz parcourt la longueur de la colonne, il passe par un détecteur de conductivité thermique (TCD), où sa présence affecte les caractéristiques électriques d'un filament de tungstène-rhénie. La réponse du détecteur sera proportionnelle à la concentration de gaz hydrogène dissous dans la solution d'échantillon, entraînant un changement de tension faible mais mesurable. En comparant la réponse du détecteur au fil du temps avec un étalon de calibration stocké, la GC peut déterminer la concentration inconnue d'hydrogène présente dans l'échantillon. Cette méthode montre l'hydrogène dissous dans l'eau et celui des bulles.

Avantages :

• Haute précision
• Capacité de mesurer l'hydrogène à partir de microbulles

Inconvénients :

• Coût élevé de l'équipement
• Utilisé uniquement dans les laboratoires spécialisés et les institutions scientifiques

2. Gouttes de bleu de méthylène avec du platine colloïdal

Une méthode abordable pour mesurer la concentration d'hydrogène par titration est largement utilisée par les fabricants et permet de mesurer l'hydrogène dans les microbulles.

Le 24 janvier 2012, un article intitulé « Une méthode pratique pour déterminer la concentration d'hydrogène dans l'eau : utilisation de bleu de méthylène avec du platine colloïdal » a été publié par des scientifiques japonais dans la revue scientifique Medical Gas Research. L'article proposait de mesurer la quantité d'hydrogène par titration (ajout séquentiel de gouttes jusqu'à ce que la solution change de couleur).

« La méthode de détermination de la concentration d'hydrogène dans l'eau est très souhaitable, surtout si elle est plus simple et moins coûteuse que la méthode actuelle impliquant des capteurs de gaz électrochimiques coûteux. En conséquence, nous avons étudié une méthode simple d'oxydimétrie, qui comprend la réaction redox de l'oxydant bleu de méthylène (MB) en présence d'un catalyseur de platine colloïdal (Pt). Il est bien connu que le MB réagit avec une quantité équimolaire d'hydrogène en présence de Pt ou de palladium pour former le bleu méthylène réduit incolore (leuco MB) comme suit : MB (bleu) + 2H⁺ + 2e^- → leucoMB (incolore) », indique l'article. Sur la base de cette méthodologie, de nombreux fabricants produisent les gouttes.

 

La mesure est effectuée par titration - ajoutant des gouttes de la solution bleue et comptant le nombre de gouttes jusqu'à ce que la solution change de couleur de bleu à incolore.

Avantages :

• Simplicité et commodité : La méthode est simple et facile à réaliser.
• Indépendance du pH : La mesure n'est pas affectée par la valeur du pH de la solution.
• Efficace pour les microbulles : Capable de mesurer l'hydrogène dans les microbulles dans les dispositifs d'eau hydrogénée produisant des concentrations ultra-élevées.

Inconvénients :

• Perte d'hydrogène : Une partie de l'hydrogène s'échappe pendant le processus de mesure, entraînant une lecture légèrement inférieure à la concentration réelle.

3. Dispositifs de mesure de l'hydrogène basés sur l'ORP

Le potentiel d'oxydoréduction (ORP) d'un liquide indique s'il peut oxyder quelque chose, donnant un ORP positif, ou s'il sera lui-même oxydé, entraînant un ORP plus bas.

L'hydrogène peut être oxydé, ce qui abaisse l'ORP.

Important : Cependant, de nombreuses substances nocives ont également un ORP négatif - par exemple, la matière organique dans un ancien aquarium ou l'huile moteur. Cela ne signifie pas que ces liquides sont bénéfiques pour la santé.

Jusqu'en 2018, des dispositifs comme Trustlex étaient utilisés sur le marché des générateurs d'eau hydrogénée pour mesurer la teneur en hydrogène.

Maintenant, des alternatives bon marché à ces dispositifs sont apparues.

Le principe de leur fonctionnement est la mesure du potentiel d'oxydoréduction (ORP) de la solution et la conversion automatique en concentration d'hydrogène. En effet, il existe une corrélation entre la concentration d'hydrogène et l'ORP.

Cependant, la même équation montre que la concentration d'ions hydrogène (H+) affecte l'ORP de manière beaucoup plus significative - elle est au carré. Les ions hydrogène (H⁺) déterminent l'acidité, ou pH.

Conclusion : Même de légers changements de pH affectent l'ORP beaucoup plus que la teneur en hydrogène. Un léger décalage du pH par rapport à la valeur pour laquelle l'appareil est calibré entraîne des distorsions importantes.

Facteurs influents :

• L'ORP peut être affecté par de nombreux facteurs, pas seulement par l'hydrogène et ses ions. Par exemple, si un aquarium n'est pas nettoyé pendant longtemps, l'eau aura également un ORP négatif. L'huile moteur a aussi un ORP négatif.
• Les dispositifs comme Trustlex et ses analogues, qui mesurent la concentration d'hydrogène en fonction de l'ORP, sont non sélectifs. Ils peuvent indiquer la présence d'hydrogène même lorsqu'il n'y en a pas.

Limitations :

• Cette méthode ne tient pas compte de l'hydrogène contenu dans les microbulles, qui est particulièrement bien absorbé par le corps. Cela est particulièrement pertinent pour les générateurs d'eau hydrogénée à ultra-haute concentration.
• Elle ne fournit pas de résultats fiables et, pour cette raison, n'est pas recommandée par l'Association Internationale des Normes de l'Hydrogène (IHSA).

Avantages :

• Simplicité d'utilisation

Inconvénients :

• Inexactitude due à l'influence du pH et d'autres facteurs
• Incapacité à prendre en compte l'hydrogène dans les microbulles

4. Mesure de la concentration d'hydrogène à l'aide d'analyseurs de gaz avec électrodes sélectives

Le principe de fonctionnement de ces dispositifs de mesure de l'hydrogène : Les électrodes sont immergées dans une solution électrolytique séparée par une membrane du milieu analysé. La membrane est perméable à l'hydrogène mais imperméable aux vapeurs d'eau et aux liquides. L'hydrogène diffuse du milieu analysé à travers la membrane dans la couche d'électrolyte située entre la membrane et l'anode. Une réaction électrochimique impliquant l'hydrogène se produit à la surface de l'anode.

En conséquence, le capteur commence à générer un signal de courant continu, dont l'amplitude est proportionnelle à la concentration d'hydrogène dissous dans les milieux analysés. Ce signal est ensuite converti en données. Scientifiquement, cela s'appelle un "capteur ampérométrique fonctionnant sur le principe d'une cellule polarographique fermée".

Avantages :

• Indépendance du pH de la solution

Inconvénients :

• Insensibilité à l'hydrogène dans les microbulles