红外辐射对水活化效应

张晓晓 曹琴西 陈浩波

（温岭市泽国丹崖污水处理厂，浙江 台州318000）

水分子在大自然不是单个分子存在，而是由几个或者更多水分子通过氢键团簇成较大的分子存在，这种大分子团活性底，不利于人体健康。没有污染过的水，一般都在5-6 个分子的小分子簇水，小分子簇水更易进入人体细胞，将更多的水和营养带入细胞，提高了人体的免疫力。受污染的水小分子团变成排列无序大分子，引起水的衰老、退化。目前常见活化水的方法有磁场法、电场法、红外辐射法、直接加热法等。

在固态冰和液态水中，由于振动泛频率化，并与诸多类似转动的振动态交织在一起，它所表现的拉曼光谱和远红外也显得异常复杂[1]。水分子之间氢键的键能29-42kJ/mol，相当于2.7-4.1μm 的光子能量，因此黑体辐射的红外线（2.4-12μm）（图1）具有足够的能量来打断水中的氢键。

水分子作用在远红外区（25-1000um），350 波数以下为液态水分子转动的频率区，水分子间的氢键作用使振动光谱区红移，K.Liu 等人对几个水分子的团簇结构进行研究，其转动和振动光谱观测区主要在几十个波数区。水分子有多种方式振动方式；如图2 所示，仅在气相中，存在对称伸缩振动（v1=3657cm-1）、非对称振动（v3=3657cm-1），和弯曲振动（v2=1595cm-1）。

1 实验

1.1 实验仪器与试剂

BSA224S 电子天平，德国Starorius 公司；

DZS-306 纯水电阻率仪，天津盛邦科技有限公司；

CBVP-A 表面张力仪，上海精华进出口有限公司；

乌氏粘度计，天津市科威仪器有限公司；

黑体辐射仪，美国；

PH、温度计，哈希HQ40D;

安捷伦AA-240FS+GTA120 原子吸收，美国;

DZG-303 超纯水机，上海富诗特仪器设备有限公司;

HH-6 恒温水域锅，江苏金坛市江南仪器厂;

超纯水H2O，电导率小于0.1×ms/m（25℃）。

1.2 方法

图1 高、低功率黑体辐射曲线

图2 单体水分子振动形式示意图

图3

表1

本实验超纯水在采用黑体发射装置在高、低两种不同功率作用后，检测水的电导率变化。考虑到热效应的作用，红外作用后的超纯水温度会有一定程度变化，红外热源和普通热源不同温度处超纯水的电导率变化曲线，如图3。

实验所用超纯水的初始温度为21.2℃，初始电导率为0.07us/cm,作用时间15min。由于红外的热效应，水温有不同程度的变化，可用普通热源加热超纯水的电导率、粘度、表面张力作为对照组，由图3 可以看到，在相同温度（如32.2℃），水的电导率值不同，普通热源加热的超纯水最小，低功率的超纯水次之，高功率红外作用后超纯水的电导率最大。

为消除红外作用的热效应所带来的影响，我们将经过红外作用后的超纯水冷却至室温21.2℃，并与普通热源加热、冷却后的超纯水以及无外加热效应及红外辐射的超纯水的各项物化性质进行测试，结果见表1。

其中1# 样品为经过普通电炉加热30min 后，温度升至60.5℃，之后冷却至室温21.1℃，然后进行各项性质的检测，2#超纯水样品为经过低功率红外作用30min，由于热效应，水温升至48.2℃，之后冷却至室温21.1℃，然后进行各项性质的检测，3#样品为经过高功率红外作用30min 后，温度升至60.5℃，之后冷却至室温21.1℃，然后进行各项性质的检测；4#超纯水未做任何处理，用于对照组。四个样品恒温水域保持初始温度21.1℃。表中数据为3 次平行测量的平均值，每次测试误差均小于2%。

2#与3#样品分别与1#样品比较，扣除热效应之后得出结论，红外作用具有削弱氢键的作用，水分子团簇更容易脱离处所在的分子簇体系。

通过2#与3#样品红外作用功率的不同的比较，对水分子簇结构变化所产生的影响也不同，高功率红外作用效果优于低功率在改变水分子簇结构方面，扣除热效应空白后的结果。

2#、3#样品分别与4#样品比较，可以看出红外在改变水分子团簇结构方面的明显作用。

红外辐射后的活化水在放置480h 后，仍然保持良好活性[2]。

2 结果与探讨

2.1 在经过热传递红外辐射后，超纯水在实验中表现水温、电导率、粘度、表面张力变化。

2.2 对氢键的削弱效应有两方面作用：热源加热超纯水的电导率随温度的变化曲线可以看出，在相同温度处，水的电导率值却不同，普通热源加热的超纯水电导率最小，低功率作用后的超纯水电导率次之，高功率红外作用后超纯水的电导率最大，热传递使超纯水的电导率增加，也就是说加热使水分子簇结构变小的一种方法。红外辐射效应也是促使氢键变弱的另一因素。

2.3 地球上71%为海洋面积，一个成年人含水量占体重65%。因此，水对生物、人体是至关重要的物质，如何挖掘出新的水功能作用，在医疗、新能源等领域会是一个突破。