紅外輻射對(duì)水活化效應(yīng)

張曉曉 曹琴西 陳浩波

（溫嶺市澤國(guó)丹崖污水處理廠，浙江 臺(tái)州318000）

水分子在大自然不是單個(gè)分子存在，而是由幾個(gè)或者更多水分子通過氫鍵團(tuán)簇成較大的分子存在，這種大分子團(tuán)活性底，不利于人體健康。沒有污染過的水，一般都在5-6 個(gè)分子的小分子簇水，小分子簇水更易進(jìn)入人體細(xì)胞，將更多的水和營(yíng)養(yǎng)帶入細(xì)胞，提高了人體的免疫力。受污染的水小分子團(tuán)變成排列無序大分子，引起水的衰老、退化。目前常見活化水的方法有磁場(chǎng)法、電場(chǎng)法、紅外輻射法、直接加熱法等。

在固態(tài)冰和液態(tài)水中，由于振動(dòng)泛頻率化，并與諸多類似轉(zhuǎn)動(dòng)的振動(dòng)態(tài)交織在一起，它所表現(xiàn)的拉曼光譜和遠(yuǎn)紅外也顯得異常復(fù)雜[1]。水分子之間氫鍵的鍵能29-42kJ/mol，相當(dāng)于2.7-4.1μm 的光子能量，因此黑體輻射的紅外線（2.4-12μm）（圖1）具有足夠的能量來打斷水中的氫鍵。

水分子作用在遠(yuǎn)紅外區(qū)（25-1000um），350 波數(shù)以下為液態(tài)水分子轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率區(qū)，水分子間的氫鍵作用使振動(dòng)光譜區(qū)紅移，K.Liu 等人對(duì)幾個(gè)水分子的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，其轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)光譜觀測(cè)區(qū)主要在幾十個(gè)波數(shù)區(qū)。水分子有多種方式振動(dòng)方式；如圖2 所示，僅在氣相中，存在對(duì)稱伸縮振動(dòng)（v1=3657cm-1）、非對(duì)稱振動(dòng)（v3=3657cm-1），和彎曲振動(dòng)（v2=1595cm-1）。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

BSA224S 電子天平，德國(guó)Starorius 公司；

DZS-306 純水電阻率儀，天津盛邦科技有限公司；

CBVP-A 表面張力儀，上海精華進(jìn)出口有限公司；

烏氏粘度計(jì)，天津市科威儀器有限公司；

黑體輻射儀，美國(guó)；

PH、溫度計(jì)，哈希HQ40D;

安捷倫AA-240FS+GTA120 原子吸收，美國(guó);

DZG-303 超純水機(jī)，上海富詩特儀器設(shè)備有限公司;

HH-6 恒溫水域鍋，江蘇金壇市江南儀器廠;

超純水H2O，電導(dǎo)率小于0.1×ms/m（25℃）。

1.2 方法

圖1 高、低功率黑體輻射曲線

圖2 單體水分子振動(dòng)形式示意圖

圖3

表1

本實(shí)驗(yàn)超純水在采用黑體發(fā)射裝置在高、低兩種不同功率作用后，檢測(cè)水的電導(dǎo)率變化?？紤]到熱效應(yīng)的作用，紅外作用后的超純水溫度會(huì)有一定程度變化，紅外熱源和普通熱源不同溫度處超純水的電導(dǎo)率變化曲線，如圖3。

實(shí)驗(yàn)所用超純水的初始溫度為21.2℃，初始電導(dǎo)率為0.07us/cm,作用時(shí)間15min。由于紅外的熱效應(yīng)，水溫有不同程度的變化，可用普通熱源加熱超純水的電導(dǎo)率、粘度、表面張力作為對(duì)照組，由圖3 可以看到，在相同溫度（如32.2℃），水的電導(dǎo)率值不同，普通熱源加熱的超純水最小，低功率的超純水次之，高功率紅外作用后超純水的電導(dǎo)率最大。

為消除紅外作用的熱效應(yīng)所帶來的影響，我們將經(jīng)過紅外作用后的超純水冷卻至室溫21.2℃，并與普通熱源加熱、冷卻后的超純水以及無外加熱效應(yīng)及紅外輻射的超純水的各項(xiàng)物化性質(zhì)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表1。

其中1# 樣品為經(jīng)過普通電爐加熱30min 后，溫度升至60.5℃，之后冷卻至室溫21.1℃，然后進(jìn)行各項(xiàng)性質(zhì)的檢測(cè)，2#超純水樣品為經(jīng)過低功率紅外作用30min，由于熱效應(yīng)，水溫升至48.2℃，之后冷卻至室溫21.1℃，然后進(jìn)行各項(xiàng)性質(zhì)的檢測(cè)，3#樣品為經(jīng)過高功率紅外作用30min 后，溫度升至60.5℃，之后冷卻至室溫21.1℃，然后進(jìn)行各項(xiàng)性質(zhì)的檢測(cè)；4#超純水未做任何處理，用于對(duì)照組。四個(gè)樣品恒溫水域保持初始溫度21.1℃。表中數(shù)據(jù)為3 次平行測(cè)量的平均值，每次測(cè)試誤差均小于2%。

2#與3#樣品分別與1#樣品比較，扣除熱效應(yīng)之后得出結(jié)論，紅外作用具有削弱氫鍵的作用，水分子團(tuán)簇更容易脫離處所在的分子簇體系。

通過2#與3#樣品紅外作用功率的不同的比較，對(duì)水分子簇結(jié)構(gòu)變化所產(chǎn)生的影響也不同，高功率紅外作用效果優(yōu)于低功率在改變水分子簇結(jié)構(gòu)方面，扣除熱效應(yīng)空白后的結(jié)果。

2#、3#樣品分別與4#樣品比較，可以看出紅外在改變水分子團(tuán)簇結(jié)構(gòu)方面的明顯作用。

紅外輻射后的活化水在放置480h 后，仍然保持良好活性[2]。

2 結(jié)果與探討

2.1 在經(jīng)過熱傳遞紅外輻射后，超純水在實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)水溫、電導(dǎo)率、粘度、表面張力變化。

2.2 對(duì)氫鍵的削弱效應(yīng)有兩方面作用：熱源加熱超純水的電導(dǎo)率隨溫度的變化曲線可以看出，在相同溫度處，水的電導(dǎo)率值卻不同，普通熱源加熱的超純水電導(dǎo)率最小，低功率作用后的超純水電導(dǎo)率次之，高功率紅外作用后超純水的電導(dǎo)率最大，熱傳遞使超純水的電導(dǎo)率增加，也就是說加熱使水分子簇結(jié)構(gòu)變小的一種方法。紅外輻射效應(yīng)也是促使氫鍵變?nèi)醯牧硪灰蛩亍?/p>

2.3 地球上71%為海洋面積，一個(gè)成年人含水量占體重65%。因此，水對(duì)生物、人體是至關(guān)重要的物質(zhì)，如何挖掘出新的水功能作用，在醫(yī)療、新能源等領(lǐng)域會(huì)是一個(gè)突破。