紅外輻射對水活化效應

張曉曉 曹琴西 陳浩波

（溫嶺市澤國丹崖污水處理廠，浙江 臺州318000）

水分子在大自然不是單個分子存在，而是由幾個或者更多水分子通過氫鍵團簇成較大的分子存在，這種大分子團活性底，不利于人體健康。沒有污染過的水，一般都在5-6 個分子的小分子簇水，小分子簇水更易進入人體細胞，將更多的水和營養帶入細胞，提高了人體的免疫力。受污染的水小分子團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法、電場法、紅外輻射法、直接加熱法等。

在固態冰和液態水中，由于振動泛頻率化，并與諸多類似轉動的振動態交織在一起，它所表現的拉曼光譜和遠紅外也顯得異常復雜[1]。水分子之間氫鍵的鍵能29-42kJ/mol，相當于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。

水分子作用在遠紅外區（25-1000um），350 波數以下為液態水分子轉動的頻率區，水分子間的氫鍵作用使振動光譜區紅移，K.Liu 等人對幾個水分子的團簇結構進行研究，其轉動和振動光譜觀測區主要在幾十個波數區。水分子有多種方式振動方式；如圖2 所示，僅在氣相中，存在對稱伸縮振動（v1=3657cm-1）、非對稱振動（v3=3657cm-1），和彎曲振動（v2=1595cm-1）。

1 實驗

1.1 實驗儀器與試劑

BSA224S 電子天平，德國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，上海精華進出口有限公司；

烏氏粘度計，天津市科威儀器有限公司；

黑體輻射儀，美國；

PH、溫度計，哈希HQ40D;

安捷倫AA-240FS+GTA120 原子吸收，美國;

DZG-303 超純水機，上海富詩特儀器設備有限公司;

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 單體水分子振動形式示意圖

圖3

表1

本實驗超純水在采用黑體發射裝置在高、低兩種不同功率作用后，檢測水的電導率變化。考慮到熱效應的作用，紅外作用后的超純水溫度會有一定程度變化，紅外熱源和普通熱源不同溫度處超純水的電導率變化曲線，如圖3。

實驗所用超純水的初始溫度為21.2℃，初始電導率為0.07us/cm,作用時間15min。由于紅外的熱效應，水溫有不同程度的變化，可用普通熱源加熱超純水的電導率、粘度、表面張力作為對照組，由圖3 可以看到，在相同溫度（如32.2℃），水的電導率值不同，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率最大。

為消除紅外作用的熱效應所帶來的影響，我們將經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及紅外輻射的超純水的各項物化性質進行測試，結果見表1。

其中1# 樣品為經過普通電爐加熱30min 后，溫度升至60.5℃，之后冷卻至室溫21.1℃，然后進行各項性質的檢測，2#超純水樣品為經過低功率紅外作用30min，由于熱效應，水溫升至48.2℃，之后冷卻至室溫21.1℃，然后進行各項性質的檢測，3#樣品為經過高功率紅外作用30min 后，溫度升至60.5℃，之后冷卻至室溫21.1℃，然后進行各項性質的檢測；4#超純水未做任何處理，用于對照組。四個樣品恒溫水域保持初始溫度21.1℃。表中數據為3 次平行測量的平均值，每次測試誤差均小于2%。

2#與3#樣品分別與1#樣品比較，扣除熱效應之后得出結論，紅外作用具有削弱氫鍵的作用，水分子團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，對水分子簇結構變化所產生的影響也不同，高功率紅外作用效果優于低功率在改變水分子簇結構方面，扣除熱效應空白后的結果。

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簇結構方面的明顯作用。

紅外輻射后的活化水在放置480h 后，仍然保持良好活性[2]。

2 結果與探討

2.1 在經過熱傳遞紅外輻射后，超純水在實驗中表現水溫、電導率、粘度、表面張力變化。

2.2 對氫鍵的削弱效應有兩方面作用：熱源加熱超純水的電導率隨溫度的變化曲線可以看出，在相同溫度處，水的電導率值卻不同，普通熱源加熱的超純水電導率最小，低功率作用后的超純水電導率次之，高功率紅外作用后超純水的電導率最大，熱傳遞使超純水的電導率增加，也就是說加熱使水分子簇結構變小的一種方法。紅外輻射效應也是促使氫鍵變弱的另一因素。

2.3 地球上71%為海洋面積，一個成年人含水量占體重65%。因此，水對生物、人體是至關重要的物質，如何挖掘出新的水功能作用，在醫療、新能源等領域會是一個突破。