Hoeveel waterstof zit er in een glas waterstofwater? (mg en moleculen)
Als je de PPB-waarde van je fles al kent, kun je de vraag ‘hoeveel waterstof’ het directst beantwoorden door die concentratie om te rekenen naar een werkelijke hoeveelheid. Een PPB-getal op zichzelf is namelijk een verhouding, geen hoeveelheid, en bij dezelfde waarde krijg je met twee verschillende volumes twee verschillende totalen. Een portie van 300 ml uit een Hydrion Core-fles met de opgegeven 5.000 PPB komt neer op ongeveer 1,5 milligram opgeloste waterstof (H2). Hieronder lees je waar dat getal vandaan komt, hoe je dezelfde omrekening maakt met de specificaties van elk product en hoe een drinkdosis qua massa zich verhoudt tot de hoeveelheid gas die een inhalatiemachine afgeeft.
- Een concentratiewaarde, in PPB of PPM, wordt pas een hoeveelheid waterstof als je die vermenigvuldigt met het volume dat je daadwerkelijk drinkt. Producten alleen op basis van PPB vergelijken kan dus misleidend zijn als de portiegroottes verschillen.
- Voor de omrekening van PPB naar milligrammen heb je maar één eenvoudige relatie nodig: omdat de dichtheid van water dicht bij 1 kilogram per liter ligt, komt 1 PPB opgelost gas neer op ongeveer 1 microgram per liter.
- Om vanaf daar het aantal moleculen te berekenen, heb je nog twee constanten nodig: de molaire massa van H2 en de constante van Avogadro. Vooral laat deze berekening zien hoe een heel kleine massa overeenkomt met een enorm aantal afzonderlijke moleculen.
- Er is een fysische bovengrens aan de hoeveelheid opgeloste waterstof, bepaald door de oplosbaarheid ervan in water. De hogere waarden op een vers gemaakte fles beschrijven daarom een tijdelijke toestand na elektrolyse, en niet een waarde die het water onbeperkt vasthoudt.
Waarom een PPB-getal niet vertelt hoeveel waterstof je binnenkrijgt
Parts per billion en parts per million beschrijven de verhouding tussen de massa waterstof en de massa water. Het getal vertelt je dus hoe geconcentreerd het water is, maar op zichzelf niets over de totale hoeveelheid waterstof die je gaat drinken. Twee Hydrion-producten maken dit duidelijk: de Core heeft een waarde tot 5.000 PPB voor een cyclus van 300 ml, terwijl de Pulse tot 8.000 PPB haalt, maar slechts 280 ml bevat. Een hogere PPB-waarde in een kleinere fles betekent niet automatisch dat je meer waterstof binnenkrijgt. Dat ontdek je alleen door het volume mee te nemen in de berekening, zoals we in het volgende onderdeel doen.
Van PPB naar milligrammen: de directe omrekening
De omrekening is gebaseerd op één feit over water: de dichtheid ervan ligt dicht bij 1 kilogram per liter. Daardoor komt een concentratie uitgedrukt in parts per billion op basis van massa vrijwel exact overeen met microgrammen per liter (bron: Wikipedia, parts-pernotatie). Als je de opgegeven PPB-waarde van een product vermenigvuldigt met het volume dat je drinkt, uitgedrukt in liters, krijg je dus direct de massa opgeloste waterstof. Dezelfde berekening werkt voor elk Hydrion-drinkproduct, zodra je de opgegeven PPB-waarde en het volume van de portie kent.
Core: 300 ml bij 5.000 PPB
Als je 5.000 microgram per liter vermenigvuldigt met 0,3 liter, krijg je 1.500 microgram, oftewel ongeveer 1,5 mg opgeloste H2 in een volle fles van 300 ml met de opgegeven concentratie.
Pulse: 280 ml bij maximaal 8.000 PPB
De cyclus van 280 ml van de Pulse-fles komt bij de volledige waarde van 8.000 PPB en de instelling van 10 minuten neer op ongeveer 2,2 mg. De snellere stand van 5 minuten, met een waarde van ongeveer 4.000 PPB, levert uit dezelfde 280 ml ongeveer 1,1 mg. De kortere cyclus is niet een mindere versie van dezelfde hoeveelheid: er zit daadwerkelijk ongeveer de helft van de opgeloste waterstof in, na ongeveer de helft van de wachttijd.
NOVA: 2 l bij maximaal 3.000 PPB
De NOVA-kan heeft een inhoud van 2 liter. De cyclus van 20 minuten, met maximaal 3.000 PPB, komt voor de hele kan neer op ongeveer 6 mg. De snellere optie van 10 minuten, met een waarde van ongeveer 2.000 PPB, levert voor dezelfde 2 liter ongeveer 4 mg op. Het grotere volume maakt hier echt verschil: hoewel de PPB-waarde van NOVA lager is dan die van Core of Pulse, valt de totale massa per kan hoger uit, simpelweg omdat er meer water is waarin het gas is opgelost.
H2-tabletten: 8 PPM in 500 ml
Een Hydrion H2-tablet heeft een opgegeven waarde van 8 PPM, hetzelfde als 8.000 PPB, wanneer opgelost in 500 ml water. Dezelfde berekening — 8.000 microgram per liter vermenigvuldigd met 0,5 liter — komt uit op ongeveer 4 mg opgeloste waterstof per glas, zodra de tablet volledig is opgelost.
| Product | Volume | Opgegeven PPB | Ongeveer opgeloste H2 |
|---|---|---|---|
| Core-fles | 300 ml | 5.000 | ~1,5 mg |
| Pulse-fles (stand van 10 min) | 280 ml | 8.000 | ~2,2 mg |
| Pulse-fles (stand van 5 min) | 280 ml | 4.000 | ~1,1 mg |
| NOVA-kan (cyclus van 20 min) | 2.000 ml | 3.000 | ~6 mg |
| NOVA-kan (cyclus van 10 min) | 2.000 ml | 2.000 | ~4 mg |
| H2-tablet | 500 ml | 8.000 (8 PPM) | ~4 mg |
Zodra je voor het volume dat je daadwerkelijk drinkt een hoeveelheid in milligrammen hebt berekend, kun je die waarde op dezelfde manier interpreteren, ongeacht uit welke fles, kan of tablet de waterstof komt. Dat is een eerlijkere basis voor vergelijking dan PPB-waarden naast elkaar zetten die voor verschillende portiegroottes zijn gemeten.
Van milligrammen naar moleculen: hoeveel H2-moleculen zijn dat?
Om een hoeveelheid in milligrammen om te rekenen naar een aantal moleculen, heb je nog twee constanten nodig: de molaire massa van waterstofgas, ongeveer 2,016 gram per mol (bron: NIST Chemistry WebBook), en de constante van Avogadro, ongeveer 6,022 x 10^23 moleculen per mol (bron: NIST CODATA). De molaire massa zet een massa om in een aantal mol, en de constante van Avogadro zet mol om in een werkelijk aantal moleculen. De twee stappen volgen dus op elkaar.
Toegepast op de ongeveer 1,5 mg per Core-fles: als je 1,5 mg deelt door 2,016 g per mol, krijg je ongeveer 0,00074 mol H2. Vermenigvuldig je dat met de constante van Avogadro, dan kom je uit op ongeveer 4,5 x 10^20 moleculen, oftewel ongeveer 450 triljoen. Dat is dezelfde fysieke hoeveelheid, op twee manieren beschreven: de ene keer in een eenheid die klein genoeg is om op een keukenweegschaal te wegen, en de andere keer in een eenheid die bedoeld is om afzonderlijke deeltjes te tellen. Het enorme tweede getal laat zien hoe klein één waterstofmolecuul is, niet dat de hoeveelheid waterstof in de fles is veranderd.
Lees meer over wat dat molecuul precies is en waarom de kleine omvang ertoe doet voor de manier waarop het zich door water beweegt in deze uitleg over moleculaire waterstof. Dit onderdeel gaat alleen over de omrekening tussen eenheden: het zegt niets over hoeveel van die moleculen een bepaald weefsel bereiken of door het lichaam worden gebruikt. Dat is een afzonderlijke vraag die je niet met alleen deze omrekening kunt beantwoorden.
De bovengrens: waarom PPB niet onbeperkt kan oplopen
De oplosbaarheid van waterstof in water heeft een fysische grens. Volgens de constante van Henry voor waterstofgas ligt die evenwichtsgrens voor water dat openstaat aan waterstofgas bij ongeveer 1 atmosfeer en kamertemperatuur rond 1,6 mg per liter, oftewel ongeveer 1.600 PPB (bron: NIST Chemistry WebBook, gegevens over de wet van Henry). Dit getal beschrijft water dat in evenwicht is met het gas erboven: het heeft de concentratie waarop de natuurkundige omstandigheden uitkomen en blijft die behouden zolang de omstandigheden niet veranderen.
De waarden van 5.000 tot 8.000 PPB op Core, Pulse en de H2-tabletten liggen ruim boven die evenwichtsgrens. Dat komt door het moment waarop je meet, niet doordat de natuurkundige regels worden tegengesproken: elektrolyse brengt het water in een afgesloten fles tijdelijk in een oververzadigde toestand, die in de gesloten verpakking door een kleine hoeveelheid interne druk in stand wordt gehouden. Zodra de dop eraf gaat en die druk ontsnapt, begint de opgeloste waterstof weer terug te keren naar de evenwichtswaarde van ongeveer 1.600 PPB. Daarom is de vermelde PPB-waarde een beginwaarde en geen waarde die het water onbeperkt vasthoudt. Lees dit artikel over hoe lang waterstof in water blijft voor meer informatie over hoe snel die daling daadwerkelijk optreedt zodra een fles open is.
Dit betekent niet dat de vermelde PPB-waarde onnauwkeurig is: een verse fles begint daadwerkelijk met de opgegeven concentratie. In de praktijk is vooral van belang hoe snel na de productie je het water drinkt, want dat bepaalt hoeveel van de vermelde hoeveelheid nog is opgelost wanneer het je bereikt. Lees deze gids over meters voor opgeloste waterstof om de werkelijke concentratie in een fles te controleren in plaats van op de opgegeven specificatie af te gaan. Zie dit artikel over de productietijd voor informatie over hoe de PPB-waarde tijdens één cyclus minuut voor minuut stijgt.
Een drinkdosis vergelijken met de output van een inhalatiemachine
Inhalatiemachines geven hun waterstofoutput op als een gasdebiet, in milliliters gas per minuut. Dat is een ander soort meting dan een opgeloste concentratie. Voordat je de twee naast elkaar kunt leggen, moet je ze dus allebei omrekenen naar dezelfde basis: milligrammen H2. In de uitleg over PPB en PPM lees je meer over concentraties; voor gas gebruik je de relatie tussen druk, volume en temperatuur uit de idealegaswet, met de molaire gasconstante als basis (bron: NIST CODATA).
Als je ervan uitgaat dat de output ongeveer op kamertemperatuur en atmosferische druk is — de standaardbasis voor het vermelden van een gasdebiet — neemt 1 mol waterstofgas ongeveer 24,5 liter in. Daardoor kun je een bepaald debiet in milliliter per minuut omrekenen naar mol per minuut, en vervolgens met de molaire massa van waterstof naar milligrammen per minuut.
De Hydrion Zenith heeft zeven gepubliceerde outputniveaus. Twee daarvan, 300 ml/min en 600 ml/min, worden specifiek omschreven als pure waterstof, met een opgegeven zuiverheid van 99,99%. Wanneer je die twee instellingen omrekent, komt de laagste uit op ongeveer 24,7 mg H2-gas per minuut en de hoogste van de twee pure instellingen op ongeveer 49,4 mg per minuut. Bij de overige instellingen, van 450 tot 1.800 ml/min, wordt zuurstof toegevoegd. Op de productpagina staat niet welk deel van die gecombineerde gasstroom uit waterstof bestaat. Daarom is er op basis van de bron onvoldoende informatie om die specifieke instellingen om te rekenen naar een massa waterstof, en in dit artikel doen we daar geen schatting van.
Vergeleken met de ongeveer 1,5 mg in een Core-fles van 300 ml levert de laagste instelling voor pure waterstof binnen vier seconden een vergelijkbare massa H2-gas. Met de hoogste van de twee pure instellingen duurt dat minder dan twee seconden. Dat verschil komt door de dichtheid van het gas: in een bepaald volume pure waterstof zit veel meer H2-massa dan in hetzelfde volume water met een paar duizend parts per billion opgelost gas. Dat is een feit over dichtheid, geen uitspraak over welke route ervoor zorgt dat het lichaam meer waterstof gebruikt. Bij drinken gaat waterstof door het maag-darmkanaal, terwijl je het bij inhalatie via de longen binnenkrijgt. Dat de milligrammen op papier overeenkomen, zegt niets over hoeveel waterstof via een van beide routes wordt opgenomen, of over hoe de twee routes fysiologisch met elkaar te vergelijken zijn. Een vergelijking van massa en een vergelijking van voordelen zijn twee verschillende vragen, en hier beantwoorden we alleen de eerste.
Zelf de berekening maken
Voor de volledige omrekening heb je maar twee getallen nodig die je op de specificaties van bijna elk product kunt vinden: de opgegeven PPB- (of PPM-)waarde en het volume dat je daadwerkelijk drinkt. Vermenigvuldig de PPB-waarde met het volume in liters om microgrammen te krijgen, deel dat door 1.000 om milligrammen te krijgen en je hebt een waarde die hetzelfde betekent, ongeacht uit welke fles, kan of tablet de waterstof komt. De molaire massa en de constante van Avogadro heb je alleen nodig als je nog een stap verder wilt gaan en dezelfde hoeveelheid wilt uitdrukken als een aantal moleculen.
Vergelijk producten voortaan op basis van milligrammen, niet PPB, wanneer je de opvallende waarde van het ene product naast die van een ander zet. Een fles met een lagere opgegeven PPB-waarde maar een grotere portie kan meer totale waterstof leveren dan een kleinere fles met een indrukwekkender getal, en het omgekeerde komt net zo vaak voor. Dat is precies de valkuil van een vergelijking op basis van alleen PPB. Bekijk het volledige aanbod Hydrion-drinkproducten in de collectie waterstofwater of bekijk de productpagina van de Hydrion Core-fles voor de specificaties van de cyclustijd en inhoud, naast de cijfers die we hier hebben berekend. Bekijk voor meer specificatie-uitleg uit deze hub het overige deel van de serie Specs & How It Works op de blog Nieuws.