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水的团簇结构研究现状与展望

来源:原创  时间:2021-09-22  阅读:1023


  饮水水质与人体健康密切相关。自20世纪初,饮水的安全性一直是饮水处理研究的主题。20世纪八十年代,以促进人体健康为目的的饮水处理技术得到迅速的发展。这种发展建立在以下三个方面:一是人们对健康饮水的迫切需求。二是水处理技术的逐渐成熟,膜技术以及新的消毒技术等一系列新的水处理技术的出现为健康饮水的发展提供了技术保障。三是随着物理、化学及生物等学科与环境学科的交叉渗透为饮水与健康问题的研究奠定了坚实的理论基础,使人类对水的研究和认识更加微观,从而为水处理科学开辟了一个崭新的领域——水的团簇结构与人体健康。

  目前人类已经确定了水分子结构,也证明由于水分子中裸露的H原子核与相邻水分子内氧原子中孤对电子之间存在静电吸引作用,使得自然界中的水以(H2O)n的分子簇形式存在。水的这种团簇结构与水的其它物化性质一样,是水的一个基本属性,是引起其粘度、表面张力、熔点和沸点的温度以及热容量等数值都很高的原因,更为重要的是,水的团簇结构可能对人体健康具有重要的影响。

  正常状态下水分子团簇处于动态运动中,要获得严格意义上的水分子簇结构比较困难,也难于测量和表征。目前在水分子团簇研究领域,用核磁共振频谱法来测量水的分子团簇结构,采用O17核磁共振谱线宽来表征液态水团簇结构的平均相对大小。核磁共振谱线越宽,团簇越大;谱线越窄,团簇越小。清华大学李福志对公认的优质天然饮水(巴马水、冰川水、依云矿泉水、农夫山泉矿泉水等)进行了O17核磁半幅宽的的测定,其值均在70Hz—90Hz之间,而雨水、天然地表水、天然地下水的O17核磁半幅宽值均大于100Hz。一般称O17核磁半幅宽小于100Hz的水为小分子团簇水。有研究对小分子团簇水(O17核磁半幅宽为50Hz)进行了小白鼠实验,发现其可以提高小白鼠的免疫力。

  有研究人员对生产小分子团簇水的工艺进行了研究,主要采用的是激光、超声、电化、磁化等方法,比较有效的方法是电化(电解)。美国及日本研究人员采用电化方法制成小分子团簇水,主要用于高端饮水、美容等领域。国内清华大学、天津大学等在2000年左右也对小分子团簇水进行了初步研究,取得了部分研究成果。北京君禾公司应用电化技术制备小分子团簇水,开发了制水设备,但仍有很多问题(机理、小分子团簇状态的保持时间、对人体健康的影响等)需要进一步研究和探讨。

  目前,关于小分子团簇水的研究还处于初级阶段,小分子团簇水的表征、制水原理及工艺、小分子团簇水与人体健康的关系及机理、小分子团簇水的应用领域(包括军事后勤淡水补给)等问题,都是亟需研究和探讨的方向。

  关于水的团簇结构及其相关领域的研究,将为饮水科学的发展奠定新的理论基础,为未来人类健康饮水指明方向。同时,由于瓶装水及家用净水器所具有的巨大市场潜力,本领域的研究成果在健康饮水方面将具有广阔的市场前景。