Oxidačně-redukční potenciál (ORP) a jeho vztah k molekulárnímu vodíku

Mnoho zájemců, ale i generátory molekulárního vodíku, ale i mnoho prodejců těchto zařízení, udává v technických parametrech daných zařízení ukazatel ORP a ppb. Zákazník se tak může mylně domnívat, že mezi ppb a ORP je přímá souvislost. Tak to ale není. Ppb (parts per billion) přímo udává míru nasycení vody plynným vodíkem. S ORP je to však složitější.

Co je ORP?

ORP neboli "oxidačně-redukční potenciál" (také nazývaný "redoxní potenciál") je měření tendence vody působit buď jako redukční činidlo (donor elektronů), nebo jako oxidační činidlo (akceptor elektronů). Kladný ORP indikuje přítomnost potenciálních oxidantů, zatímco záporný ORP indikuje přítomnost potenciálních reduktorů. Měření se provádí pomocí ORP metru, který obsahuje sondu určenou k vložení do testované vody. ORP vody vyráběné ionizátory, vodíkovými infuzními přístroji (HIM) a dalšími technologiemi vodíkové vody (např. H2 tablety, tyčinky, patrony atd.) obvykle naměří určitou zápornou hodnotu (-100 až -750 mV, v závislosti na pH). Mějte na paměti, že tento "naměřený potenciál" udává pouze tendenci vody působit jako reduktor/oxidant a nezaručuje, že dojde k nějaké konkrétní oxidační/redukční reakci, ani neoznačuje sílu nebo rychlost reakce, pokud k ní dojde. Abychom věděli, zda k nějaké oxidační nebo redukční reakci v těle dojde, je třeba důkladně prozkoumat a pochopit chemii spojenou s danou reakcí (kinetiku/termodynamiku).

Odkud pochází záporný údaj ORP a co znamená?

Záporný ORP je známkou přítomnosti redukčního činidla, v našem případě rozpuštěného plynného vodíku (H2). Měřič ORP "neměří" rozpuštěný vodík ve vodě; spíše měří relativní příspěvky dvou druhů vodíku ve vodě, plynného vodíku (H2) a vodíkových iontů (H+), k redoxnímu potenciálu vody. Tyto dva druhy se společně nazývají "redoxní pár".

Spodní člen, H+, je iont, jehož koncentrace určuje, jak kyselá je voda, a je "H" ve slově pH (potenciál vodíku). Tento údaj je významný, protože nám říká, že měření ORP je ovlivněno pH testované vody.

(Poznámka: ačkoli pH znamená "potenciál vodíku", pH představuje koncentraci vodíkového iontu H+, nikoli plynného H2).

Oba druhy vodíku přispívají ke konečnému údaji ORP a vytvářejí malý odpovídající potenciál napětí na elektrodě (na základě jejich relativní koncentrace a počtu elektronů) obsažené v sestavě sondy měřiče. Měřič zesiluje a porovnává naměřené napětí s vnitřní referencí a zobrazuje digitální údaj (obvykle v "milivoltech"). Rozpuštěný plyn H2 (redukční činidlo) je sice zodpovědný za záporný údaj ORP, ale velikost údaje přímo nekoreluje s množstvím rozpuštěného plynu H2 ve vodě a nelze jej použít jako přesné "měření" koncentrace rozpuštěného H2. Je také důležité si uvědomit, že to, že má voda záporný ORP, nemusí nutně znamenat, že voda bude mít nějaký terapeutický přínos. Existuje mnoho dalších sloučenin (některé toxické), které po rozpuštění ve vodě mohou vytvářet záporné hodnoty ORP. Abychom věděli, zda to může mít terapeutický přínos, je třeba ) určit konkrétní sloučeninu, která vytváří záporný ORP (redoxní pár). Na základě publikovaného výzkumu víme, že plyn H2, který je zdrojem záporného ORP, je terapeutickým prostředkem.

Proč mají některé vody obsahující rozpuštěný H2 zásadité pH, zatímco jiné se blíží neutrálnímu?

Elektrolyzéry (alkalické ionizátory) produkují plyn H2 na záporné katodě redukcí (přidáním elektronů) iontů H+ na plyn H2 pomocí elektřiny. Protože ionty H+ jsou ve vodě kyselou složkou, jejich spotřeba při výrobě plynu H2 zvyšuje pH pitné vody do zásaditého rozmezí (nad 7pH), protože stoupá hladina hydroxidů (OH-). Následující rovnice popisuje redukci iontů H+ na plyn H2:

Jiné typy vodíkových zařízení, vodíkové infuzní přístroje (HIM), využívají k výrobě H2 vody protonově výměnnou membránu (PEM) a neprovádějí elektrolýzu přímo na pitné vodě. Namísto toho vyrábějí plynný vodík v malé elektrolýzní komoře a poté pomocí speciálního zařízení zvaného "rozpouštěč" (dissolver) napouštějí filtrovanou pitnou vodu tímto plynem. Proto v závislosti na pH testované vodíkové vody dává měření ORP velmi odlišné (a často matoucí) výsledky, což znemožňuje použít údaj ORP pro měření obsahu rozpuštěného H2 nebo pro vyhodnocení léčebného přínosu vody.

Použití Nernstovy rovnice k předpovědi hodnot ORP

V chemii se k předpovědi redukčních potenciálů (ORP) v různých systémech používá známá Nernstova rovnice. Pro rozpuštěný plynný vodík se používá následující tvar Nernstovy rovnice:

Všimněte si, že dříve zmíněný redoxní pár H2/H+ (zakroužkovaný červeně) je obsažen v rovnici (závorky označují "koncentrace"). Proto musí Nernstova rovnice obsahovat hodnoty relativních koncentrací jednotlivých druhů vodíku, aby bylo možné předpovědět ORP. Rovnice obsahuje také další důležité chemické hodnoty a proměnné (teplota vody, plynová konstanta, počet přenesených elektronů a Faradayova konstanta). Pomocí Nernstovy rovnice spolu s vybranými hodnotami pH a obsahu H2 můžeme předpovědět, jaký vliv budou mít změny každé z nich na výsledné měření ORP. Tyto předpovědi pak lze použít k analýze a pochopení vztahů mezi pH (koncentrací H+), koncentrací H2 a měřením ORP. Vezměte prosím na vědomí, že pro zjednodušení tohoto výkladu nebyla uvažována přítomnost dalších oxidačních redoxních párů, které také přispívají k výslednému měření ORP.

Výše uvedený graf závislosti ORP (svislá osa) na "pH" i "koncentraci H2" (vodorovná osa) ukazuje, že zatímco údaj ORP je extrémně citlivý na změny pH (červená čára), je relativně "necitlivý" na změny rozpuštěného H2 (modrá čára). Z tohoto důvodu mohou i malé změny pH vody vést k velkým změnám v hodnotě ORP, což zakrývá relativně malý příspěvek rozpuštěného H2 k hodnotě ORP. Následující graf zobrazuje relativní příspěvky pH a H2 k hodnotě ORP v procentech jiným způsobem:

Při tomto pohledu na relativní příspěvky je vidět, že v typickém rozsahu koncentrací H2, 0,5 až 2 mg/l, se ORP změní celkem pouze o 18 mV. Naopak v rozsahu 3 jednotek pH se ORP změní o 178 mV. V příslušných rozsazích se tedy pH podílí na hodnotě ORP přibližně z 90 %, zatímco H2 pouze z 10 %.

Znamená "zápornější" ORP více rozpuštěného H2?

Jak již bylo uvedeno dříve, měření ORP je velmi citlivé na změny pH vody (koncentrace H+), ale necitlivé na změny rozpuštěného plynného vodíku. Protože ORP je výsledkem relativní koncentrace dvou druhů vodíku ve vodě (H+/H2), změna koncentrace jednoho z nich změní měření ORP. Proto vodíková voda z vodíkového přístroje s neutrálním pH a mnohem nižším průměrným pH naměří nižší záporný údaj ORP než alkalická voda, i když obsahuje dvakrát více rozpuštěného H2!

Ačkoli záporná hodnota ORP může indikovat přítomnost rozpuštěného plynného vodíku, měření ORP nelze použít k měření hladiny rozpuštěného plynného vodíku. Proto se nedoporučují metody, které jsou pro odhad vodíku ve vodě závislé na měření oxidačně-redukčního potenciálu (ORP) a které obsahují elektrody, jež nejsou specifické pro vodík. Ačkoli záporný ORP je jednou z charakteristik vodíkové vody, samotný ORP neukáže koncentraci vodíku. Proto by se technologie, které se opírají o měření ORP, neměly používat jako metody pro měření koncentrace vodíku. 

Ing. Jakub Šindelář, Ph.D. - jednatel společnosti UVtech s.r.o.

zdroj: https://www.intlhsa.org/oxidation-reduction-potential-orp/

Výběr z našich článků o molekulárním vodíku

1. Vodíková voda: Existují zdravotní výhody?
2. Vodíková voda zvyšuje antioxidační kapacitu, snižuje oxidační stres a zlepšuje imunitní funkce u zdravých dospělých osob.
3. Molekulární vodík, jaké jsou potenciální zdravotní benefity?
4. Oxidačně-redukční potenciál (ORP) a jeho vztah k molekulárnímu vodíku