この規格 プレビューページの目次
※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。
導入
水素は、その抗酸化能力と残留ゼロで環境に優しい特性により、最近、農業、食品、環境、医学などのいくつかの分野で研究の注目を集めています。水素濃度は、水素の利用を確実に成功させるための重要なパラメータです。現時点では、生体への水素の利用には、アクセスしやすさ、入手可能性、生物学的摂取などの潜在的な制限があります。たとえば、水素は溶解度が低く、飽和濃度はわずか 1.6 mg/l です。近年、水素の溶解度の低さを解決するために、ファインバブルおよびウルトラファインバブル（UFB）技術が使用されています。 UFB は表面積が大きく、内部圧力が高く、負に帯電した表面を備えているため、液体へのガスの溶解が促進され、液体中での安定性が比較的長期間維持されます。したがって、UFB はそのユニークな特性により、水素分子の応用を拡大できる可能性があります。
さまざまな水素製造装置や水素水製品の影響評価基準を開発するには、正確な水素濃度測定が必要です。水中の水素含有量を測定する通常の手法には、電気化学プローブ（膜型ポーラログラフィー）法、メチレンブルー（MB）-白金コロイド試薬を使用する滴定（酸化定量）法、ガスクロマトグラフィーなどがあります。
電気化学プローブ（膜型ポーラログラフィー）法は、その場測定とリアルタイム測定の両方に使用できるため有利です。検出限界は機器の取扱説明書に記載されており、ほとんどの場合、約 0.01 mg/l です。上限は機器の仕様により異なりますが、一般的には20mg/l以下となります。電気化学プローブ法は、定常状態または流動状態での水素 UFB 分散液中の溶存水素濃度のみを測定できるため、静的な水サンプルには適していません。さらに、水中の UFB の存在は測定結果に影響を与える可能性があります。
滴定 (酸化測定) 方法は簡単で経済的です。ただし、検出下限はわずか 0.1 mg/l であり、許容できる精度での滴定範囲は狭いです。さらに、測定中の水素の蒸発や水中の UFB の存在も測定に影響を与える可能性があります。したがって、この方法は、UFB 分散液中の水素濃度を近似するためにのみ使用できます。
ガスクロマトグラフィーは、ガス中の水素含有量を測定する最も正確な方法です。検出下限は全方法の中で最も低く、測定上限はありません。しかし、この方法を水中の水素含有量の測定に適用する試みはほとんど行われていません。さらに、適切なサンプル前処理と UFB 除去方法はまだ開発されていません。
したがって、UFB 分散液中の総水素含有量を測定するための標準的な方法が確立されました。この文献では、迅速な推定方法として滴定（酸化測定）法が提案され、正確な測定方法としてガスクロマトグラフィーが提案されています。ガスクロマトグラフィーには次の手順を使用した。まず、気泡除去前処理を実行して、溶存水素と UFB 内の水素の両方を液相からヘッドスペースに送り込みます。その後、ガスクロマトグラフィーと理論計算を組み合わせて、UFB 分散液中の総水素含有量を決定します。この標準法の確立により、さまざまな水素製造事業者、対応する顧客、研究機関が水素含有量を測定する際の共通の測定基準を持つことができ、水素製品の品質や機能の比較・判断が容易になります。
水素含有量の標準化された評価方法は、いくつかの分野での将来の応用のための重要な理論的基礎を提供し、産業、商業、政府、消費者、学術および研究機関にとってさらなる可能性を秘めています。基準の確立により、政府は政策を策定し、水素健康産業の発展を規制し、水素農業、水素医療、水素ベースの環境応用に関連する製品や技術の研究開発を促進できるようになります。
Introduction
Hydrogen has recently attracted considerable research attention across several fields, such as agriculture, food, environment, and medicine sciences, owing to its antioxidant capacity and zero-residual and ecofriendly properties. Hydrogen concentration is a crucial parameter to ensure its successful hydrogen application. At present, there are potential limitations regarding the application of hydrogen in living organisms, such as accessibility, availability, and biological intake. For example, hydrogen exhibits low solubility, with a saturation concentration of only 1,6 mg/l. Fine bubble and ultrafine bubble (UFB) technology have been used to address the low solubility of hydrogen in recent years. UFBs have a large surface area, high internal pressure, and negatively charged surfaces, which accelerate the dissolution of gas into liquids and maintain their stability in the liquids for relatively long periods. Therefore, UFBs can potentially expand the application of hydrogen molecules because of their unique characteristics.
An accurate hydrogen concentration measurement is required to develop an impact evaluation standard for the variety of hydrogen production equipment and hydrogen-rich water products. Normal techniques for measuring the hydrogen content in water include the electrochemical probe (membrane-type polarography) method, titration (oxidimetry) method using a methylene blue (MB)–platinum colloid reagent, and gas chromatography.
The electrochemical probe (membrane-type polarography) method is advantageous as it can be used for both in situ and real-time measurements. Detection limits are stated in the instruction manuals of instruments and, in most cases, are approximately 0,01 mg/l. The upper limit depends on the specifications of the instrument, but it is generally lower than 20 mg/l. Electrochemical probe methods can measure only the dissolved hydrogen concentration in hydrogen UFB dispersions under a steady state or flow state and are not suitable for static water samples. Additionally, the presence of UFBs in water can influence measurement results.
The titration (oxidimetry) method is straightforward and economical; however, its lower limit of detection is only 0,1 mg/l, and the titration range with acceptable accuracy is narrow. Moreover, hydrogen evaporation during measurements and the presence of UFBs in water can influence measurements. Thus, this method can be used only to approximate hydrogen concentrations in UFB dispersions.
Gas chromatography is the most accurate method for measuring the hydrogen content of gas. Its lower limit of detection is the lowest among all methods, and there are no upper measurement limits. However, few attempts have been made to apply this method to measuring hydrogen contents in water. Furthermore, appropriate sample preparation and UFB elimination methods have yet to be developed.
Therefore, a standard method for measuring total hydrogen contents in UFB dispersions has been established. For this document, the titration (oxidimetry) method is proposed as a rapid estimation method and gas chromatography is proposed as an accurate measurement method. The following procedure was used for gas chromatography. First, a bubble-elimination pretreatment is performed to drive both dissolved hydrogen and hydrogen in UFBs from the liquid phase into the headspace, followed by gas chromatography combined with theoretical calculations to determine the total hydrogen content in UFB dispersions. The establishment of this standard method will serve various hydrogen production enterprises, the corresponding customers, and research institutions, enabling them to have a common measurement standard when determining hydrogen contents, thereby facilitating comparisons and judgments of the quality and function of hydrogen products.
The standardized evaluation method for hydrogen content provides an important theoretical basis for future applications in several fields, with further potential for industry, commerce, government, consumers, and academic and research bodies. The establishment of standards will enable governments to establish policies, regulate the development of the hydrogen health industry, and promote research and development into products and technologies related to hydrogen agriculture, hydrogen medicine, and hydrogen-based environmental applications.