Koliko vodika je v kozarcu vodikove vode? (mg in molekule)
Če že poznate oceno PPB na svoji steklenici, je najneposrednejši način, da ugotovite, »koliko vodika« vsebuje, ta, da koncentracijo pretvorite v dejansko količino, saj je podatek v PPB sam po sebi razmerje, ne pa količina, enaka ocena pa v dveh različnih prostorninah pomeni dve različni skupni količini. Porcija 300 ml iz steklenice Hydrion Core z navedeno vrednostjo 5.000 PPB vsebuje približno 1,5 miligrama raztopljenega vodika (H2), v nadaljevanju pa je pojasnjeno, od kod izvira ta številka, kako enak izračun uporabiti za specifikacije katerega koli izdelka in kako se odmerek, zaužit s pitjem, po masi primerja s plinom, ki ga proizvede naprava za inhalacijo.
- Ocena koncentracije, izražena v PPB ali ppm, postane količina vodika šele, ko jo pomnožite s prostornino, ki jo dejansko popijete. Zato je lahko primerjava izdelkov samo na podlagi PPB zavajajoča, kadar se velikosti porcij razlikujejo.
- Za pretvorbo PPB v miligrame uporabimo preprosto razmerje: ker je gostota vode blizu 1 kilograma na liter, 1 PPB raztopljenega plina pomeni približno 1 mikrogram na liter.
- Za izračun števila molekul sta potrebni še dve konstanti: molska masa H2 in Avogadrova konstanta. Izračun predvsem pokaže, kako majhna masa ustreza velikanskemu številu posameznih molekul.
- Raztopljeni vodik ima fizikalno zgornjo mejo, ki jo določa njegova topnost v vodi. Zato višje vrednosti v pravkar pripravljeni steklenici opisujejo začasno stanje po elektrolizi, ne pa vrednosti, ki bi jo voda ohranjala v nedogled.
Zakaj podatek v PPB ne pove, koliko vodika zaužijete
Deleži na milijardo in deleži na milijon opisujejo razmerje med maso vodika in maso vode. Številka vam torej pove, kako koncentrirana je voda, sama po sebi pa ne pove ničesar o skupni količini vodika, ki ga boste zaužili. To neposredno ponazorita dva izdelka Hydrion: Core ima za cikel s prostornino 300 ml navedeno vrednost do 5.000 PPB, Pulse pa doseže do 8.000 PPB, vendar vsebuje le 280 ml. Višja vrednost PPB v manjši steklenici ne pomeni samodejno, da steklenica zagotovi več vodika. To lahko ugotovite samo tako, da v izračun vključite prostornino, kar bomo storili v naslednjem razdelku.
Od PPB do miligramov: neposredna pretvorba
Pretvorba temelji na enem dejstvu o vodi: njena gostota je blizu 1 kilograma na liter, zato koncentracija, izmerjena v masnih deležih na milijardo, skoraj natančno ustreza mikrogramom na liter (vir: Wikipedia, zapisovanje deležev). Če torej nazivno vrednost PPB izdelka pomnožite s prostornino v litrih, ki jo boste popili, dobite maso raztopljenega vodika. Enak izračun velja za vse izdelke Hydrion za pitje, ko poznate njihovo nazivno vrednost PPB in prostornino porcije.
Core: 300 ml pri 5.000 PPB
Če 5.000 mikrogramov na liter pomnožimo z 0,3 litra, dobimo 1.500 mikrogramov oziroma približno 1,5 mg raztopljenega H2 v polni 300-mililitrski steklenici pri navedeni koncentraciji.
Pulse: 280 ml pri največ 8.000 PPB
Pri polni nastavitvi Pulse z vrednostjo 8.000 PPB in 10-minutnim ciklom dobimo približno 2,2 mg. Hitrejši 5-minutni način z navedeno vrednostjo približno 4.000 PPB pa iz enake prostornine 280 ml zagotovi bližje 1,1 mg. Krajši cikel ni zgolj manjša različica enake količine; dejansko vsebuje približno polovico manj raztopljenega vodika, čakanje pa traja približno polovico manj časa.
NOVA: 2 l pri največ 3.000 PPB
Ker ima vrč NOVA prostornino 2 litra, se njegov 20-minutni cikel z vrednostjo do 3.000 PPB pretvori v približno 6 mg za celoten vrč. Hitrejša 10-minutna možnost z navedeno vrednostjo približno 2.000 PPB pa pomeni približno 4 mg v enakih 2 litrih. Večja prostornina tu res naredi razliko: čeprav je ocena PPB za NOVA nižja kot pri Core ali Pulse, je skupna masa na vrč večja, saj je vode, ki vsebuje raztopljeni plin, preprosto več.
Tablete H2: 8 ppm v 500 ml
Za tableto Hydrion H2 je navedena vrednost 8 ppm, kar je enako 8.000 PPB, raztopljenih v 500 ml vode. Če uporabimo enak izračun, 8.000 mikrogramov na liter pomnožimo z 0,5 litra in dobimo približno 4 mg raztopljenega vodika na kozarec, ko se tableta povsem raztopi.
| Izdelek | Prostornina | Nazivna vrednost PPB | Približno raztopljenega H2 |
|---|---|---|---|
| Steklenica Core | 300 ml | 5.000 | ~1,5 mg |
| Steklenica Pulse (10-minutni način) | 280 ml | 8.000 | ~2,2 mg |
| Steklenica Pulse (5-minutni način) | 280 ml | 4.000 | ~1,1 mg |
| Vrč NOVA (20-minutni cikel) | 2.000 ml | 3.000 | ~6 mg |
| Vrč NOVA (10-minutni cikel) | 2.000 ml | 2.000 | ~4 mg |
| Tableta H2 | 500 ml | 8.000 (8 ppm) | ~4 mg |
Ko imate podatek o miligramih za prostornino, ki jo dejansko popijete, je ta številka enako razumljiva ne glede na to, iz katere steklenice, vrča ali tablete izvira. To je zanesljivejša osnova za primerjavo kot postavljanje ocen PPB, izmerjenih pri različnih velikostih porcij, drugo ob drugo.
Od miligramov do molekul: koliko molekul H2 je to?
Za pretvorbo vrednosti v miligramih v število molekul potrebujemo še dve konstanti: molsko maso vodikovega plina, približno 2,016 grama na mol (vir: NIST Chemistry WebBook), in Avogadrovo konstanto, približno 6,022 × 10^23 molekul na mol (vir: NIST CODATA). Molska masa pretvori maso v število molov, Avogadrova konstanta pa mole pretvori v dejansko število molekul, zato ti pretvorbi izvedemo zaporedno.
Če izračun uporabimo za približno 1,5 mg v steklenici Core: 1,5 mg delimo z 2,016 g na mol in dobimo približno 0,00074 mola H2. To pomnožimo z Avogadrovo konstanto in dobimo približno 4,5 × 10^20 molekul oziroma približno 450 trilijonov. Gre za isto fizikalno količino, opisano na dva načina: prvič z enoto, ki je dovolj majhna za tehtanje na kuhinjski tehtnici, in drugič z enoto, namenjeno štetju posameznih delcev. Velikost druge številke odraža majhnost posamezne molekule vodika, ne pa spremembe količine vodika v steklenici.
Več o tem, kaj ta molekula je in zakaj je njena majhnost pomembna za njeno gibanje skozi vodo, preberite v tem pojasnilu o molekularnem vodiku. Ta razdelek obravnava zgolj pretvarjanje merskih enot: ne pove ničesar o tem, koliko teh molekul doseže določeno tkivo ali jih telo uporabi. Na to ločeno vprašanje zgolj z izračunom pretvorbe ni mogoče odgovoriti.
Zgornja meja: zakaj vrednost PPB ne more naraščati v nedogled
Topnost vodika v vodi ima fizikalno mejo. Konstanta Henryjevega zakona za vodikov plin določa, da je ta ravnovesna meja za vodo, ki je pri približno 1 atmosferi in sobni temperaturi odprta za vodikov plin, približno 1,6 mg na liter oziroma približno 1.600 PPB (vir: NIST Chemistry WebBook, podatki o Henryjevem zakonu). Ta številka opisuje vodo, ki je v ravnovesju s plinom nad njo: njena koncentracija se ustali pri vrednosti, ki jo določa fizika, in tam ostane, dokler se pogoji ne spremenijo.
Vrednosti od 5.000 do 8.000 PPB, navedene za Core, Pulse in tablete H2, so precej višje od te ravnovesne meje. Razlog je časovni potek, ne pa nasprotje fizikalnim zakonom: elektroliza zaprto steklenico spravi v začasno prenasičeno stanje, ki ga v zaprti posodi vzdržuje majhen notranji tlak. Ko odstranite pokrovček in se tlak sprosti, se raztopljeni vodik začne vračati proti ravnovesni vrednosti približno 1.600 PPB. Zato je navedena vrednost PPB izhodiščna, ne pa vrednost, ki bi jo voda ohranjala v nedogled. Več o tem, kako hitro koncentracija upada po odprtju steklenice, preberite v tem članku o tem, kako dolgo vodik ostane v vodi.
To ne pomeni, da je navedena vrednost PPB netočna; sveža steklenica se res začne pri svoji nazivni koncentraciji. V praksi je pomembno, kako kmalu po pripravi jo popijete, saj je od tega odvisno, kolikšen delež navedene vrednosti je še raztopljen, ko voda pride do vas. Če želite preveriti dejansko koncentracijo v steklenici in se ne zanašati na nazivno specifikacijo, si oglejte ta vodnik po merilnikih raztopljenega vodika. Če vas zanima, kako vrednost PPB narašča iz minute v minuto med posameznim ciklom, preberite ta članek o času priprave.
Primerjava odmerka, zaužitega s pitjem, z izhodno količino naprave za inhalacijo
Naprave za inhalacijo izhodno količino vodika navajajo kot pretok plina v mililitrih plina na minuto. To je drugačna vrsta meritve kot koncentracija raztopljenega plina, zato je treba obe vrednosti pretvoriti na isto osnovo – miligrame H2 –, preden ju je mogoče smiselno primerjati. Pojasnilo o PPB in ppm obravnava koncentracijo; za plin pa uporabimo razmerje med tlakom, prostornino in temperaturo plina, ki temelji na splošni plinski konstanti (vir: NIST CODATA).
Če predpostavimo, da je izhodni plin blizu sobne temperature in atmosferskega tlaka, kar je običajna osnova za navajanje pretoka plina, 1 mol vodikovega plina zavzame približno 24,5 litra. Zato lahko vrednost v mililitrih na minuto pretvorimo v mole na minuto in nato z uporabo molske mase vodika še v miligrame na minuto.
Hydrion Zenith navaja sedem izhodnih stopenj. Dve od njih, 300 ml/min in 600 ml/min, sta posebej opisani kot čisti vodik z navedeno čistostjo 99,99 %. Izračun za ti dve nastavitvi pokaže, da prva zagotavlja približno 24,7 mg vodikovega plina H2 na minuto, druga od obeh nastavitev s čistim vodikom pa približno 49,4 mg na minuto. Pri preostalih nastavitvah, od 450 do 1.800 ml/min, se vodiku primeša kisik. Na strani izdelka ni navedeno, kolikšen delež tega skupnega pretoka predstavlja vodik, zato v viru ni dovolj podatkov za pretvorbo teh nastavitev v maso vodika in je v tem članku ne ugibamo.
Če to primerjamo s približno 1,5 mg v 300-mililitrski steklenici Core, nižja nastavitev za inhalacijo čistega vodika zagotovi primerljivo maso plinastega H2 v manj kot štirih sekundah, višja od obeh nastavitev s čistim vodikom pa v manj kot dveh. Razliko pojasnjuje gostota plina: določena prostornina čistega vodikovega plina vsebuje precej večjo maso H2 kot enaka prostornina vode, ki prenaša nekaj tisoč delcev raztopljenega plina na milijardo. To je dejstvo o gostoti, ne pa trditev o tem, katera pot omogoča, da telo uporabi več vodika. Pri pitju vodik prehaja skozi prebavila, pri vdihavanju pa skozi pljuča. Če se količini v miligramih ujemata na papirju, to ne pove, koliko vodika se absorbira po eni ali drugi poti niti kako se fiziološko primerjata; primerjava mas in primerjava koristi sta dve različni vprašanji, tukaj pa odgovarjamo samo na prvo.
Izračun opravite sami
Za celoten izračun potrebujete samo dva podatka, ki ju lahko najdete v specifikacijah skoraj vsakega izdelka: nazivno vrednost PPB (ali ppm) in prostornino, ki jo dejansko popijete. Vrednost PPB pomnožite s prostornino v litrih, da dobite mikrograme, rezultat delite s 1.000 za miligrame in dobite podatek, ki pomeni isto ne glede na to, iz katere steklenice, vrča ali tablete izvira. Molsko maso in Avogadrovo konstanto potrebujete samo, če želite narediti še naslednji korak in isto količino izraziti kot število molekul.
Vredno si je zapomniti, da pri primerjavi glavnih številk izdelkov primerjate miligrame, ne PPB. Steklenica z nižjo nazivno vrednostjo PPB, vendar z večjo prostornino porcije, lahko zagotovi več vodika kot manjša steklenica z bolj vpadljivo številko; prav tako pogosto velja tudi obratno. Prav v to past vas lahko ujame primerjava samih vrednosti PPB. Celotno ponudbo izdelkov Hydrion za pripravo vodikove vode si oglejte v zbirki vodikovih vod ali pa na strani izdelka steklenice Hydrion Core preverite specifikacije časa cikla in prostornine ter številke, uporabljene v teh izračunih. Več razčlenitev specifikacij iz tega vsebinskega središča najdete na blogu Novice, kjer so zbrani preostali članki iz serije »Specifikacije in delovanje«.