水素について④(濃度)

水素について④(濃度)

さて今回は水素の濃度ついてです。多くの水素商品がある中、基準が不明確だったので調べました。

いろいろな水素吸引器の公式サイトをみてみると、

①「OOOppmの水素濃度」
②「1分で◯◯mlの水素を発生」
③「水素水OOL分の水素がとれる」

など記載の仕方がバラバラでよくわかりません。

目安としては、厚生労働省が水素吸引療法について先進医療として認めた「水素含有量2%の水素吸引療法」というもの基準として考えていこうと思います。

まず大前提として、濃度の単位についてですが。
水素の濃度を表すときに「%」「ppm」「ppb」がよく使われているのを見かけます。
意味としては下記の通りです。

 ・% (ppc)【partspercent】→ 100分の1

 ・ppm【partspermillion】 →100万分の1 →水素でよくみる単位です  

 ・ppb【partsperbillion】→ 10億分の1 

ある一定の量に対し、1%の濃度という商品は10,000ppm ということになります。

ppmとは基本的に水などの液体に水素が含まれる(溶存する)ことを指しますので、
水素濃度99.9%など記載がある吸引機などはほぼ水素100%なので、
100万ppmとなります。
その違いを踏まえていくつか例とみていきましょう。
水素吸引やサプリであれば、「高濃度である旨(66%.99%など)」 及び 「発生する水素量」を記載している商品が多く、
水素水の場合はppmといった濃度を書いているものが多いです。

例①「1分間で60mlの水素を発生」という商品の場合

人が1分間に吸う空気量が約6,000mlとすると、1分間で60mlの水素発生は

60÷6000=0.01  → 1%

つまりこの商品は最大で1回の呼吸の中に「1%濃度の水素」を含ませることができる商品という解釈ができる

例②「水素濃度20,000ppm」という商品の場合

「ppm」というのは濃度の単位なので、シンプルです。

20,000ppm=2%濃度

つまりこの商品は何かの値に対して、「2%濃度ほどの水素」を発生させる商品と解釈できます。

難例③ 30分で飽和濃度1.6ppmの水素水463L分の水素をとれる

水素水とは、水素分子を水の中に溶かしているもののことをいいます。
水などの液体には溶け込むことができる限界がその限界に達した状態を「飽和」といいます。
水素が水に溶け込むことができる最大飽和濃度は水1Lあたり1.6ppmといわれています。

1L=1000g=1,000,000mg なので、
水1Lあたりに1.6mgの水素ある。ということになります。なので濃度は1.6ppm?
かと思いますが、違うようです。

ここで難しいのが、上記例①、②と比較する為に、気体として水素濃度を体積に換算する必要があり、それには「気体の標準状態」に関する知識が必要で、

「1.0 mol(モル)の物質量であれば 0 ℃ 1 気圧の条件で「 22.4 L 」の体積になる」
との理系常識があるようです。難しいことは、割愛しますが、ここでは、

「水素は 1.0mol の物質量のときは 「2.0 g の質量(重さ)」があり、「22.4m L」 の体積(気体)になる」それと「1.6ppm=約1L中の水に約18mlの水素(気体)が含めれている」ということだけ何も考えずに了承いただければと思います。

ですので、30分で1.6ppm水素水463L分の水素をとれるこの商品の場合、
1分で1.6ppmの水素水約15Lの水素が取れることになりますので
15L×20mlの水素=300ml

なのでこの商品は1分間で300mlの水素を発生させることになります。
①に照らしあわせてみると濃度は5%となり、かなり強力なことがわかります。

爆発の危険は?

「水素爆発」という言葉を連想される方も多いと思います。水素は可燃性ガスですが、燃焼を助ける物質(支燃性ガス)が存在しないと燃えることができません。
なので、近くに火気がなければ問題ありません。

水素の爆発濃度範囲は、空気中では4.0~75%。 つまり“空気中の水素濃度が4.0%より低い”または“75%より高い”ときには、引火して爆発することはないのです。そもそも水素は、すべての物質の中で “密度が最小” つまり「最も軽く」、さらに空気中での “拡散係数が最大” つまり「最も広がりやすい」気体です。また水素は分子の大きさが最も小さいため、例えば一般的な部屋の壁や天井は簡単に通過して逃げてしまいます。そのため一般的な日常生活では、まず大きな爆発が起きる状況を作り出すこと自体がとても難しいのです。

長くなってきたので続きは次回にします。