关于氢气溶解度的问题

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所属分类:氢气知识

在讨论氢气生物医学相关问题时,许多人会提出一些关于气体溶解问题。如氢气不是不溶解于水吗,怎么可以使用氢水治疗疾病?氢水的溶解度几个ppm是什么含义?呼吸氢怎么能发挥作用?呼吸氢气和喝氢水有什么区别?

常识告诉我们,氢气不溶解于水,我们在学习氢气性质的时候,正是利用这个特点,使用排水法收集氢气。这个不溶解于水的概念在化学上并没有错误,但是在医学和生物学上,这个概念并不是那么准确,甚至会引起误解。

溶解度是在一定温度下,某固态物质在100g溶剂中达到饱和状态时所溶解的质量,叫做这种物质在这种溶剂中的溶解度。如果没有指明溶剂,通常所说的溶解度就是物质在水里的溶解度。一般说溶解度(20℃)大于等于10g易溶,大于等于1g可溶,小于10g 大于等于0.01g微溶小于1g 小于0.01g为难溶(不溶)。气体的溶解度通常指的是该气体(其压强为1标准大气压)在一定温度时溶解在1体积水里的体积数。也有用“g/100g溶剂”作单位。
氢气是能溶解于水的,在标准条件下,就是所谓的一个大气压,20度时,氢气的溶解度为1.83%。这里使用的常用气体溶解度单位是体积比,1.83%的含义是每100毫升水中可以溶解1.83毫升的氢气。就是在100%纯氢气条件下,气体缓慢溶解在水中,达到的最大体积为1.83毫升。

这个溶解度确实比较小,在进行气体分析和研究时,甚至可以忽略不计。但是在生物学上,这个溶解度大约为0.8mM,或者大约每1升水中溶解1.6 mg。在医学生物学领域,mM和mg都是比较大的单位。我们服用的许多药物,也大多在这个数量级上。
如果我们对氢气的这个溶解度有怀疑,我们可以对比一下另外一个重要气体,氧气的溶解度,氧气的溶解度在标准条件下为2.4%,和氢气的溶解度1.83%十分接近。在化学领域,氧气也被认为是不溶解于水的气体。如果氧气不溶解于水,甚至溶解的数量不足,那么生活在水中的鱼就不能呼吸到氧气了。其实人呼吸获得氧气,也必须首先经过氧气在血液中的溶解过程。

许多氢水的产品使用ppm为单位,ppm是parts permillion含义是每百万分之一。如前所述,气体溶解度使用体积比,而不是质量比,所以氢水的产品使用ppm单位并不是一个规范的单位,这主要是日本研究氢气的学者缺乏气体医学研究背景,使用质量比为单位。中国的企业模仿日本的习惯,也采用这个计量单位。体积比和质量比可以进行换算,比如氢气溶解度为1.83%,每1升水中溶解1.6 mg,1升水的质量为1000g等于1000000 mg,1.6 mg比1000000 mg就是1.6 ppm。所以,如果某一氢水的产品如果氢气和水质量比可达到1.6 ppm,可以说达到了饱和浓度。根据目前国际上大部分学术研究的习惯,一般认为氢气浓度达到3/4饱和度,就是0.6 mM或1.2 ppm就足够产生生物学效应。
氢气治疗研究最早使用的方法是呼吸含1-4%氢的混合气,呼吸气体时,血液中气体的浓度会随着呼吸时间延长从低到高增加,一般30分钟可以达到最大血液浓度(1-4%的饱和度)。只要提高呼吸浓度,就可以更快速地提高血液中的绝对浓度。不过增加呼吸氢气的浓度,血液中的浓度增加的规律和过程类似,同样在30分钟达到最高浓度。理论上,呼吸氢气的方法能明显提高机体摄取氢气绝对量。

相对来说,通过喝氢水,摄取氢的浓度有一定局限性,尽管可以通过一定技术提高水中携带氢的浓度,但仍然无法达到呼吸的同样水平。只要解决安全使用的问题,呼吸是治疗疾病的重要方法之一。不过目前关于呼吸和氢水治疗疾病效果的比较仍十分少见,因此尚无法确定具体那种方法更为理想。我个人估计,对消化系统相关疾病,氢水有优势,对呼吸系统疾病,呼吸氢有更大优势。主要是考虑到呼吸时,氢气难以进入消化道,而饮用氢水,呼吸道中的氢浓度又非常低,结合两种方法能取得更全面理想的效果。最终确定氢气的治疗效果,确定具体什么方法更理想的标准是大规模临床研究结果。

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