Medición de la concentración de hidrógeno en el agua

¿Por qué medir el contenido de hidrógeno en el agua?

Para evaluar la efectividad del dispositivo, es importante medir la cantidad total de hidrógeno absorbido por el cuerpo al beber agua rica en hidrógeno. Medir la concentración de hidrógeno molecular en el agua es una tarea extraordinaria. A menudo se mide el potencial de oxidación-reducción (ORP); sin embargo, este método no proporciona resultados precisos. Además, el hidrógeno en microburbujas no afecta en absoluto el ORP.

 

Métodos de medición

Cromatografía de gases

La reconocida Asociación Internacional de Normas de Hidrógeno recomienda el uso de la cromatografía de gases.

La cromatografía de gases (GC) es un método costoso, por lo que su uso suele estar limitado a laboratorios especializados, instituciones científicas y fabricantes que requieren mediciones de alta precisión y pueden permitirse inversiones en equipos y mantenimiento. ¿Cuánto cuesta un cromatógrafo de gases? Los fabricantes de gotas de prueba de azul de metileno con platino coloidal suelen calibrar y verificar sus características usando GC.

La cromatografía de gases es un método utilizado para separar compuestos en mezclas mediante el análisis de la interacción entre un gas (fase móvil) y un material polimérico (fase estacionaria) contenido en un tubo largo llamado columna.

La columna se utiliza para separar componentes individuales de la muestra. Aunque GC puede medir muchos otros gases y compuestos en una muestra, consideraremos el gas hidrógeno (H₂).

La muestra de prueba se inyecta en el puerto de inyección del GC, y el hidrógeno disuelto o contenido en microburbujas se extrae del agua mediante calor. El gas evaporado se introduce en la columna usando un gas portador inerte comprimido (generalmente argón o nitrógeno). A medida que el gas viaja a lo largo de la columna, pasa a través de un detector de conductividad térmica (TCD), donde su presencia afecta las características eléctricas de un filamento de tungsteno-renio. La respuesta del detector será proporcional a la concentración de gas hidrógeno disuelto en la solución de la muestra, lo que lleva a un pequeño pero medible cambio en la caída de voltaje. Al comparar la respuesta del detector con un estándar de calibración almacenado, GC puede determinar la concentración desconocida de hidrógeno presente en la muestra. Este método muestra el hidrógeno disuelto en el agua y el de las burbujas.

Pros:

• Alta precisión
• Capacidad para medir hidrógeno de microburbujas

Contras:

• Alto costo del equipo
• Usado solo en laboratorios especializados e instituciones científicas

 

2. Gotas de azul de metileno con platino coloidal

Un método asequible para medir la concentración de hidrógeno por titulación es ampliamente utilizado por los fabricantes y permite medir el hidrógeno en microburbujas.

El 24 de enero de 2012, un artículo titulado "Un método conveniente para determinar la concentración de hidrógeno en agua: uso de azul de metileno con platino coloidal" fue publicado por científicos japoneses en la revista científica Medical Gas Research. El artículo proponía medir la cantidad de hidrógeno mediante titulación (adición secuencial de gotas hasta que la solución cambia de color).

"El método para determinar la concentración de hidrógeno en el agua es altamente deseable, especialmente si es más simple y económico que el método actual que implica sensores de gas electroquímicos costosos. En consecuencia, investigamos un método simple de oxímetro, que incluye la reacción redox del oxidante azul de metileno (MB) en presencia de un catalizador de platino (Pt) coloidal. Es bien sabido que MB reacciona con una cantidad equimolar de hidrógeno en presencia de Pt o paladio para formar el azul de metileno reducido incoloro (leuco MB), como sigue: MB (azul) + 2H+ + 2e- → leucoMB (incoloro)", señala el artículo. Basándose en esta metodología, muchos fabricantes producen las gotas.

 

La medición se realiza por titulación, añadiendo gotas de la solución azul y contando el número de gotas hasta que la solución cambia de color de azul a transparente.

Pros:

• Simplicidad y conveniencia: El método es sencillo y fácil de realizar.
• Independencia del pH: La medición no se ve afectada por el valor del pH de la solución.
• Efectivo para microburbujas: Capaz de medir hidrógeno en microburbujas en dispositivos de agua de hidrógeno que producen concentraciones ultra-altas.

Contras:

• Pérdida de hidrógeno: Algo de hidrógeno se escapa durante el proceso de medición, resultando en una lectura ligeramente inferior a la concentración real.

 

3. Dispositivos de medición de hidrógeno basados en ORP

El hidrógeno puede ser oxidado, lo que baja el ORP.

Importante: Sin embargo, muchas sustancias nocivas también tienen un ORP negativo, por ejemplo, materia orgánica en un acuario viejo o aceite de motor. Esto no significa que estos líquidos sean beneficiosos para la salud.

Hasta 2018, dispositivos como Trustlex se utilizaban en el mercado de generadores de agua de hidrógeno para medir el contenido de hidrógeno.

Ahora han aparecido alternativas económicas a estos dispositivos.

El principio de funcionamiento es la medición del ORP de la solución y la conversión automática a concentración de hidrógeno. De hecho, hay una correlación entre la concentración de hidrógeno y el ORP.

Sin embargo, la misma ecuación muestra que la concentración de iones de hidrógeno (H⁺) afecta mucho más significativamente el ORP, está cuadrada. Los iones de hidrógeno (H⁺) determinan la acidez, o pH.

Conclusión: Incluso pequeños cambios en el pH afectan mucho más al ORP que al contenido de hidrógeno. Un pequeño cambio en el pH desde el valor para el cual el dispositivo está calibrado lleva a distorsiones significativas.

Factores influyentes:

• El ORP puede ser afectado por muchos factores, no solo por el hidrógeno y sus iones. Por ejemplo, si un acuario no se limpia por mucho tiempo, el agua también tendrá un ORP negativo. El aceite de motor también tiene un ORP negativo.
• Dispositivos como Trustlex y sus análogos, que miden la concentración de hidrógeno basándose en el ORP, no son selectivos. Pueden indicar la presencia de hidrógeno incluso cuando no lo hay.

Limitaciones:

• Este método no tiene en cuenta el hidrógeno contenido en microburbujas, que es particularmente bien absorbido por el cuerpo. Esto es especialmente relevante para los generadores de agua de hidrógeno de concentración ultra-alta.
• No proporciona resultados fiables, y por esta razón, no es recomendado por la Asociación Internacional de Normas de Hidrógeno (IHSA).

Pros:

• Simplicidad de uso

Contras:

• Inexactitud debido a la influencia del pH y otros factores
• Incapacidad para tener en cuenta el hidrógeno en microburbujas

 

4. Medición de la concentración de hidrógeno mediante analizadores de gas con electrodos selectivos

El principio de funcionamiento de estos dispositivos de medición de hidrógeno: Los electrodos se sumergen en una solución electrolítica separada por una membrana del medio analizado. La membrana es permeable al hidrógeno pero impermeable a los vapores de agua y líquidos. El hidrógeno se difunde desde el medio analizado a través de la membrana hacia la capa de electrolito entre la membrana y el ánodo. En la superficie del ánodo ocurre una reacción electroquímica que involucra hidrógeno.

Como resultado, el sensor comienza a generar una señal de corriente continua, cuya magnitud es proporcional a la concentración de hidrógeno disuelto en el medio analizado. Esta señal se convierte luego en datos. Científicamente, esto se llama "sensor amperométrico que opera en el principio de una celda polarográfica cerrada."

Pros:

• Independencia del pH de la solución

Contras:

• Insensibilidad al hidrógeno en microburbujas