Čo je ORP?
ORP alebo "oxidačno-redukčný potenciál" (nazývaný aj "redoxný potenciál") je meranie tendencie vody pôsobiť buď ako redukčné činidlo (donor elektrónov), alebo ako oxidačné činidlo (akceptor elektrónov). Kladný ORP indikuje prítomnosť potenciálnych oxidantov, zatiaľ čo záporný ORP indikuje prítomnosť potenciálnych reduktorov.
Merania sa vykonávajú pomocou ORP-metra, ktorý obsahuje sondu určenú na vloženie do testovanej vody. ORP vody vyrobenej ionizátormi, vodíkovými infúznymi prístrojmi (HIM) a inými technológiami vodíkovej vody (napr. H2 tabletami, tyčinkami, kazetami atď.) zvyčajne meria špecifickú zápornú hodnotu (-100 až -750 mV v závislosti od pH).
Majte na pamäti, že tento "nameraný potenciál" udáva len tendenciu vody pôsobiť ako reduktant/oxidant a nezaručuje, že dôjde k nejakej konkrétnej oxidačnej/redukčnej reakcii, ani neoznačuje silu alebo rýchlosť reakcie, ak k nej dôjde. Ak chcete vedieť, či v tele nastane oxidačná alebo redukčná reakcia, je potrebné dôkladne preštudovať a pochopiť chemickú reakciu (kinetiku/termodynamiku).
Odkiaľ pochádza záporná hodnota ORP a čo znamená?
Záporný ORP indikuje prítomnosť redukčného činidla, v tomto prípade rozpusteného plynného vodíka (H2). Merač ORP "nemeria" rozpustený vodík vo vode; meria skôr relatívny podiel dvoch druhov vodíka vo vode, plynného vodíka (H2) a vodíkových iónov (H+), na redox potenciáli vody. Tieto dva druhy sa spoločne nazývajú "redoxný pár".
Spodný člen, H+, je ión, ktorého koncentrácia určuje kyslosť vody a je "H" v slove pH (vodíkový potenciál). To je dôležité, pretože nám to hovorí, že meranie ORP je ovplyvnené pH testovanej vody.
(Poznámka: hoci pH znamená "vodíkový potenciál", pH predstavuje koncentráciu vodíkového iónu H+, nie plynného H2).
Oba druhy vodíka prispievajú ku konečnému údaju ORP a vytvárajú malý zodpovedajúci potenciál napätia na elektróde (na základe ich relatívnej koncentrácie a počtu elektrónov) obsiahnutej v zostave meracej sondy. Merač zosilní a porovná namerané napätie s vnútornou referenciou a zobrazí digitálny údaj (zvyčajne v "milivoltoch"). Hoci rozpustený plyn H2 (redukčné činidlo) je zodpovedný za záporný údaj ORP, veľkosť údaju priamo nekoreluje s množstvom rozpusteného plynu H2 vo vode a nemôže sa použiť ako presné "meranie" koncentrácie rozpusteného H2. Je tiež dôležité poznamenať, že to, že voda má záporný ORP, nemusí nevyhnutne znamenať, že voda bude mať nejaký terapeutický prínos. Existuje mnoho iných zlúčenín (niektoré toxické), ktoré môžu po rozpustení vo vode vytvárať záporné hodnoty ORP. Aby sme vedeli, či to môže mať terapeutický prínos, musíme ) identifikovať konkrétnu zlúčeninu, ktorá vytvára záporný ORP (redoxný pár). Na základe publikovaného výskumu vieme, že plyn H2, ktorý je zdrojom záporného ORP, je terapeutickým prostriedkom.
Prečo majú niektoré vody obsahujúce rozpustený H2 zásadité pH, zatiaľ čo iné sú takmer neutrálne?
Elektrolyzéry (alkalické ionizátory) vyrábajú plyn H2 na zápornej katóde redukciou (pridaním elektrónov) iónov H+ na plyn H2 pomocou elektrickej energie. Keďže ióny H+ sú kyslou zložkou vody, ich spotreba pri výrobe plynu H2 zvyšuje pH pitnej vody do zásaditého rozsahu (nad 7pH), pretože sa zvyšuje hladina hydroxidov (OH-). Nasledujúca rovnica opisuje redukciu iónov H+ na plyn H2:
Iné typy vodíkových zariadení, vodíkové infúzne automaty (HIM), používajú na výrobu vody H2 membránu na výmenu protónov (PEM) a nevykonávajú elektrolýzu priamo na pitnej vode. Namiesto toho vyrábajú plynný vodík v malej elektrolýznej komore a potom filtrovanú pitnú vodu napúšťajú týmto plynom pomocou špeciálneho zariadenia nazývaného rozpúšťač. Preto v závislosti od pH testovanej vodíkovej vody dáva meranie ORP veľmi odlišné (a často mätúce) výsledky, čo znemožňuje použiť údaj ORP na meranie obsahu rozpusteného H2 alebo na vyhodnotenie liečebných účinkov vody.
Použitie Nernstovej rovnice na predpovedanie hodnôt ORP
V chémii sa na predpovedanie redukčných potenciálov (ORP) v rôznych systémoch používa známa Nernstova rovnica. Pre rozpustený plynný vodík sa používa nasledujúci tvar Nernstovej rovnice:
Všimnite si, že v rovnici je zahrnutý už spomínaný redoxný pár H2/H+ (zakrúžkovaný červenou farbou) (zátvorky označujú "koncentrácie"). Preto Nernstova rovnica musí obsahovať hodnoty relatívnych koncentrácií jednotlivých druhov vodíka, aby bolo možné predpovedať ORP. Rovnica obsahuje aj ďalšie dôležité chemické hodnoty a premenné (teplota vody, plynová konštanta, počet prenesených elektrónov a Faradayova konštanta). Pomocou Nernstovej rovnice spolu s vybranými hodnotami pH a obsahu H2 môžeme predpovedať, ako zmeny každej z nich ovplyvnia výsledné meranie ORP. Tieto predpovede sa potom môžu použiť na analýzu a pochopenie vzťahov medzi meraniami pH (koncentrácia H+), koncentráciou H2 a ORP. Upozorňujeme, že v záujme zjednodušenia tohto výkladu nebola zohľadnená prítomnosť iných redoxných párov, ktoré tiež prispievajú k výslednému meraniu ORP.
ORP (vertikálna os) k "pH" a "koncentrácii H2" (horizontálna os) ukazuje, že zatiaľ čo údaj ORP je extrémne citlivý na zmeny pH (červená čiara), je relatívne "necitlivý" na zmeny rozpusteného H2 (modrá čiara). Preto aj malé zmeny pH vody môžu viesť k veľkým zmenám ORP, čo zakrýva relatívne malý príspevok rozpusteného H2 k hodnote ORP. Nasledujúci graf znázorňuje relatívne príspevky pH a H2 k hodnote ORP v percentách iným spôsobom:
Pri takomto pohľade na relatívne príspevky možno vidieť, že v typickom rozsahu koncentrácií H2, 0,5 až 2 mg/l, sa ORP mení celkovo len o 18 mV. Naopak, v rozsahu 3 jednotiek pH sa ORP mení o 178 mV. V príslušných rozsahoch teda pH prispieva k hodnote ORP približne 90 %, zatiaľ čo H2 len 10 %.
Znamená negatívnejší ORP viac rozpusteného H2?
Ako už bolo spomenuté, meranie ORP je veľmi citlivé na zmeny pH vody (koncentrácia H+), ale necitlivé na zmeny rozpusteného plynného vodíka. Keďže ORP je výsledkom relatívnej koncentrácie dvoch druhov vodíka vo vode (H+/H2), zmena koncentrácie jedného z nich zmení meranie ORP. Preto vodíková voda z vodíkového prístroja s neutrálnym pH a oveľa nižším priemerným pH nameria nižší záporný údaj ORP ako alkalická voda, hoci obsahuje dvakrát viac rozpusteného H2!
Hoci záporná hodnota ORP môže indikovať prítomnosť rozpusteného plynného vodíka, meranie ORP sa nemôže použiť na meranie hladiny rozpusteného plynného vodíka. Preto sa neodporúčajú metódy, ktoré závisia od merania oxidačno-redukčného potenciálu (ORP) na odhad vodíka vo vode a ktoré obsahujú elektródy, ktoré nie sú špecifické pre vodík. Hoci záporný ORP je jednou z charakteristík vodíkovej vody, samotný ORP neznamená koncentráciu vodíka. Preto by sa technológie, ktoré sa spoliehajú na meranie ORP, nemali používať ako metódy na meranie koncentrácie vodíka.
Ing. Jakub Šindelář, Ph.D. - jednatel společnosti UVtech s.r.o.
zdroj: https://www.intlhsa.org/oxidation-reduction-potential-orp/