Onko vetyvesi emäksistä? Elektrolyysin vaikutus pH-arvoon

Vetyvesi ei ole emäksisen veden muoto. Liuenneen vetykaasun lisääminen veteen SPE/PEM-elektrolyysillä ja pH:n siirtäminen asteikon emäksiseen päähän ovat kaksi eri asiaa, ja hyvin rakennettu vetyvesipullo tekee ensimmäisen muuttamatta juuri lainkaan jälkimmäistä. Hydrion Core -vetyvesipullolla tehdyissä riippumattomissa laboratoriotesteissä lähdeveden pH-arvoksi mitattiin 6,28 ja valmiin, vedyllä rikastetun veden pH-arvoksi 6,33. Muutos oli niin pieni, että se mahtuu testikertojen väliseen tavanomaiseen vaihteluun eikä merkitse siirtymistä emäksiselle alueelle. Jotta tämän syyn ymmärtää, on tarkasteltava lyhyesti, mitä pH mittaa ja miten vetyvesipullon elektrolyysi eroaa emäksisen veden ionisaattorin elektrolyysistä.

• pH ja vedyn pitoisuus ovat eri muuttujia. Vetyvesipullo on suunniteltu lisäämään liuenneen H2:n määrää, ei muuttamaan veden happamuutta tai emäksisyyttä.
• Emäksisen veden ionisaattorit ja SPE/PEM-vetyvesipullot käyttävät kumpikin elektrolyysiä, mutta eri tarkoituksiin. Ionisaattori on suunniteltu jakamaan vesi happamaksi ja emäksiseksi virtaukseksi. Kalvolla varustettu vetyvesipullo poistaa sivutuotteena syntyvän kaasun ja pitää juomaveden yhtenä virtauksena.
• Mittausnäyttö tukee tätä. Hydrion Core -vetyvesipullolla tehdyissä laboratoriotesteissä lähdeveden ja ulostulevan veden pH-arvojen välillä havaittiin 0,05 yksikön muutos, joka ei tarkoita siirtymistä emäksiselle alueelle.

Mitä pH oikeastaan mittaa?

pH kuvaa vetyionien (H+) ja hydroksidi-ionien (OH-) välistä tasapainoa nesteessä. Asteikko ulottuu 0:sta 14:ään, ja 7 on sen neutraali keskikohta (lähde: USGS Water Science School). Alle 7:n lukema tarkoittaa, että vedessä on enemmän vapaita vetyioneja suhteessa hydroksidi-ioneihin. Tätä kemistit kutsuvat happamuudeksi. Yli 7:n lukema tarkoittaa päinvastaista: hydroksidi-ioneja on enemmän, joten vesi on asteikon emäksisellä puolella. Useimpien vesijohto- ja pullovesien pH on lähellä neutraalia keskikohtaa, yleensä noin 6:n puolivälin ja 8:n puolivälin välillä lähteestä riippuen. Tällä lähtötasolla on tässä merkitystä, koska siitä elektrolyysiprosessi alkaa ennen kuin se voi muuttaa mitään.

Tämä ei vielä kerro mitään vetykaasusta. pH kuvaa ionitasapainoa, kun taas molekyylivety (H2) on liuennut kaasu, joka käyttäytyy tästä tasapainosta riippumatta. Pullo voi lisätä liuenneen H2:n määrää huomattavasti mutta jättää ionitasapainon ja siten pH:n lähelle alkuperäistä tasoa. Se, tapahtuuko näin, riippuu siitä, miten laitteen sisäinen elektrolyysi on toteutettu. Tätä mekanismia kannattaa tarkastella seuraavaksi.

Miksi emäksinen vesi ja vetyvesi sekoitetaan toisiinsa?

Sekaannuksella on todellinen historiansa. Emäksisen veden ionisaattorit käyttävät elektrolyysiä ja ioninvaihtokalvoa, joka on suunniteltu jakamaan sisään tuleva vesi kahdeksi erilliseksi virtaukseksi: toinen happamammaksi ja toinen emäksisemmäksi. Emäksinen virtaus johdetaan hanasta juotavaksi (lähde: Alkaline water, Wikipedia). Sama elektrolyysireaktio tuottaa katodilla sivutuotteena myös jonkin verran vetykaasua. Vuosien ajan varhaisissa vetyyn liittyvissä tutkimuksissa havaittuja hyötyjä pidettiin veden kohonneen emäksisyyden ansiota, koska emäksisyys oli ominaisuus, jolla ionisaattoreita nimenomaisesti markkinoitiin. Molekyylivetyä koskevan tutkimuksen edetessä yhä useampi vaikutus alettiin liittää sivutuotteena syntyvään H2-kaasuun itse pH-muutoksen sijaan. Emäksisen veden juominen ei nimittäin muuta elimistön omaa sisäistä pH:ta, joka pysyy tarkasti säädeltynä riippumatta siitä, mitä juot (kuten myös edellä mainitussa Wikipedian yhteenvedossa todetaan). Tämä historia selittää suoraan, miksi vetyvesipullon oletetaan joskus toimivan samalla tavalla kuin emäksisen veden ionisaattorin: molemmissa tuotteissa käytetään samaa perusprosessia eli elektrolyysiä, vaikka laitteet on suunniteltu tekemään elektrolyysillä eri asioita.

Mitä emäksisen veden ionisaattori on suunniteltu tekemään vedelle?

Ionisaattorin kalvo on tarkoitettu erottamaan vesi kahdeksi virtaukseksi. Se on laitteen koko suunnittelun tavoite, ja emäksisen virtauksen kohonnut pH, jota markkinoidaan usein 8–10:n alueella, on tuotteen keskeinen ominaisuus. Vetyvesipullon tehtävä on alusta asti erilainen, ja juuri siinä mekanismit eroavat toisistaan.

Miten SPE/PEM-elektrolyysi toimii eri tavalla?

SPE/PEM-vetyvesipullossa (kiinteä polymeerielektrolyytti / protoninvaihtokalvo) kalvo tekee rajatumpaa työtä kuin ionisaattorin kalvo. Se sijaitsee kahden elektrodin välissä ja päästää lävitseen vain protoneja. Anodilla syntyvä happikaasu sekä mahdolliset pienet määrät otsoni- tai kloorisivutuotteita poistuvat erillisestä aukosta sen sijaan, että ne sekoittuisivat takaisin juomaveteen (lue koko SPE/PEM-elektrolyysiä käsittelevä selitys, jossa mekanismia tarkastellaan perusteellisemmin). Esimerkiksi Hydrion Core käyttää platinaelektrodeja ja tätä protoninvaihtokalvorakennetta nimenomaan siksi, että vesi pysyy yhtenä jatkuvana virtauksena ja siihen vain liukenee vetykaasua sen sijaan, että se jakautuisi ionisaattorin tuottamiksi kahdeksi erilliseksi happamaksi ja emäksiseksi virtaukseksi.

Sivutuotteiden erottelu on tärkeää myös pH:n kannalta. Laite, jossa ei ole asianmukaista kalvoa tai jonka kalvon tiivistys on huono, voi päästää osan poistettavaksi tarkoitetuista sivutuotteista takaisin veteen sen sijaan, että ne pääsisivät ulos. Tämä on veden puhtauteen liittyvä huolenaihe, joka eroaa tässä artikkelissa käsiteltävästä pH-kysymyksestä. Pullo voi läpäistä pH-testin, mutta silti kannattaa tarkistaa, kuinka hyvin se eristää sivutuotekaasut. Kyseessä on tässä käsiteltävästä erillinen rakenteellinen yksityiskohta.

Mitattu pH: mitä testit oikeastaan osoittavat?

Mekanismin kuvaaminen kertoo vain tiettyyn pisteeseen asti, joten on hyödyllistä tarkastella todellista mittaustulosta sen sijaan, että asiaa vain oletettaisiin. Hydrion Core -vetyvesipullolla tehdyissä riippumattomissa laboratoriotesteissä lähdeveden pH-arvoksi mitattiin 6,28 ennen vedyttämistä ja valmiin ulostulevan veden pH-arvoksi 6,33 sen jälkeen. Ero oli noin 0,05 pH-yksikköä. Se on niin pieni, että se mahtuu tavanomaiseen vaihteluun, jota voisi odottaa kahden erillisen testikerran välillä samalla vedellä. pH pysyy selvästi lievästi happamalla puolella eikä siirry emäksiselle alueelle, jolle ionisaattori on suunniteltu. Vertailun vuoksi emäksisen veden ionisaattoreiden markkinoidaan yleensä tuottavan rakenteensa puolesta vettä, jonka pH on 8–10. Näin suuri todellinen pH-muutos olisi helppo mitata ja havaita. 0,05 yksikön muutos ei ole sellainen.

Tulos koskee nimenomaan Hydrion Corea ilmoitetuissa laboratorio-olosuhteissa, ei kaikkia markkinoilla olevia vetyvesipulloja. Laite, jossa käytetään vedessä suoraan olevia paljaita elektrodeja protoninvaihtokalvon sijaan, tai jonka tiivistys on pettänyt, voi toimia eri tavalla. Ero ilmenisi veden puhtauteen tai sivutuotteisiin liittyvänä ongelmana, ei näyttönä siitä, että vetyvesi yleisesti nostaisi pH:ta. Jos haluat tarkistaa tietyn tuotteen omat lukemat sen sijaan, että luottaisit koko tuoteryhmää koskevaan väitteeseen, tässä oppaassa veden vedyn mittaamiseen käydään läpi, millä välineillä saa todellisen mittaustuloksen.

Miksi pH ei ole tässä tärkein luku?

Vetyvedessä vaikuttava molekyyli on liuennut H2-kaasu, jonka määrä ilmoitetaan yleensä PPB-yksikköinä (parts per billion) tai milligrammoina litrassa. Tämä pitoisuus kertoo, kuinka paljon vetyä vedessä todellisuudessa on, pH-arvosta riippumatta. Elimistö imeyttää liuenneen H2:n kaasuna riippumatta siitä, oliko veden pH 6,3 vai 7,1. Siksi pieni ero pH-lukemassa ei kerro, toimiiko pullo niin kuin sen pitäisi. Jos haluat pH-kysymyksen sijaan perehtyä pitoisuuksien laskemiseen, tässä PPB:n ja PPM:n eroja käsittelevässä selvityksessä kerrotaan, mitä pitoisuutta tyypillisesti tavoitellaan ja miksi.

Veden pH kannattaa myös suhteuttaa elimistön omaan kemiaan: mahahapon pH on noin 1,5–3,5 eli se on paljon happamampaa kuin mikään juomavesi, jota nielisit. Siksi lasissa olevan veden murto-osan suuruinen pH-ero ei ole merkittävä muuttuja siinä vaiheessa, kun vesi päätyy mahaan. Jotkut myyjät esittävät ORP-lukemat (hapetus-pelkistyspotentiaali) nopeana vastauksena kysymykseen siitä, kuinka paljon vedessä on vetyä. ORP-arvoon vaikuttavat kuitenkin myös pH ja liuenneiden mineraalien määrä, joten negatiivinen ORP-lukema on parhaimmillaankin karkea suuntaa antava merkki, ei tarkka mittaus pH-arvosta tai H2-pitoisuudesta. Laitteen ORP-lukemaan kannattaa siis suhtautua tämä varaus mielessä eikä pitää sitä todisteena mistään tietystä asiasta.

Mitä pH:n sijaan kannattaa tarkistaa?

Jos arvioit vetyvesipulloa, sen pH-lukema kertoo yksinään hyvin vähän. Hyödyllisempi lähtökohta on valmistajan ilmoittama elektrolyysimenetelmä: SPE/PEM-rakenne, jonka kalvo ja elektrodimateriaali on kerrottu, antaa konkreettista tietoa, jonka voi tarkistaa. Tuotetietoon, jossa väitetään vain veden olevan ”ionisoitua” tai ”emäksistä vetyvettä” kuvailematta mekanismia, kannattaa perehtyä huolellisesti, sillä nämä kaksi prosessia tuottavat aidosti erilaista vettä. Sen jälkeen kannattaa etsiä pitoisuustietoja, jotka perustuvat kolmannen osapuolen testeihin tai kaasukromatografiseen varmennukseen, eikä luottaa pelkkään markkinoinnissa esitettyyn PPB-lukemaan. Näin saatiin myös edellä mainitut Hydrion Coren lukemat: ne olivat ulkopuolisen laboratorion mittaamia, eivät valmistajan omia väitteitä. Ilmoitettua pH-arvoa kannattaa pitää veden puhtauden ja laadun tasaisuuden merkkinä: lähdeveden ja ulostulevan veden lähellä toisiaan pysyvät pH-arvot ovat yhdenmukaisia oikein tiivistetyn kalvon kanssa. Arvoa ei pidä tulkita terveysväitteeksi kumpaankaan suuntaan.

Hydrion Core Vetyvesipullo on laite, jolla tässä artikkelissa esitellyt pH-arvot mitattiin. Se perustuu edellä kuvattuun PEM-elektrodien rakenteeseen, ja riippumaton laboratorio testasi sen; tietoja ei ole poimittu pelkästään markkinointitekstistä. Jos haluat vertailla vetyvettä ja emäksistä vettä laajemmin tuoteryhminä, mukaan lukien se hyötyihin liittyvä historia, joka alun perin aiheutti sekaannuksen, tässä rinnakkaisvertailuoppaassa aihetta käsitellään perusteellisemmin. Jos taas haluat seuraavaksi selvittää eri mittareiden ja laitteiden mittaustarkkuutta, tulevassa liuenneen vedyn mittareiden vertailussa tarkastellaan erityisesti sitä, mihin työkaluihin voi luottaa.