氢水氢气浓度的含义

最近有人问，人呼吸气体中氢气浓度可以达到ppm级别，如果氢水中氢气只有1ppm，不是浓度太低了吗?其实这个问题我反复讲解过，总有人反复问这个问题。ppm是个相对单位，在水中是和水的质量比，在空气中是和空气的体积比，如果按照统一的标准，都是按照体积比，那么水中氢气的浓度可以达到10000ppm。

在讨论氢气生物医学相关问题时，许多人会提出一些关于气体溶解问题。如氢气不是不溶解于水吗，怎么可以使用氢水改善疾病?氢水的溶解度几个ppm是什么含义?呼吸氢怎么能发挥作用?呼吸氢气和喝氢水有什么区别?

常识告诉我们，氢气不溶解于水，我们在学习氢气性质的时候，正是利用这个特点，使用排水法收集氢气。这个不溶解于水的概念在化学上并没有错误，但是在医学和生物学上，这个概念并不是那么准确，甚至会引起误解。从生物学的角度看，氢气不仅能溶解，而且溶解度不低，足够可以产生生物学作用。

溶解度是在一定温度下，某固态物质在100g溶剂中达到饱和状态时所溶解的质量，叫做这种物质在这种溶剂中的溶解度。如果没有指明溶剂，通常所说的溶解度就是物质在水里的溶解度。一般说溶解度(20℃)大于等于10g易溶，大于等于1g可溶，小于10g 大于等于0.01g微溶小于1g 小于0.01g为难溶(不溶)。气体的溶解度通常指的是该气体(其压强为1标准大气压)在一定温度时溶解在1体积水里的体积数。也有用“g/100g溶剂”作单位。

氢气是能溶解于水的，在标准条件下，就是所谓的一个大气压，20度时，氢气的溶解度为1.83%。这里使用的常用气体溶解度单位是体积比，1.83%的含义是每100毫升水中可以溶解1.83毫升的氢气。就是在100%纯氢气条件下，气体缓慢溶解在水中，达到的最大体积为1.83毫升。

这个溶解度确实比较小，在进行一般气体分析和研究时，甚至可以忽略不计。但是在生物学上，这个溶解度大约为0.8mM，或者大约每1升水中溶解1.6 mg。在医学生物学领域，mM和mg都是比较大的单位。我们服用的许多药物，大多就是在这个数量级上。

如果对氢气的溶解度仍然有怀疑，可以对比一下另外一个重要气体，氧气的溶解度，氧气的溶解度在标准条件下为2.4%，和氢气的溶解度1.83%十分接近。在化学领域，氧气也被认为是不溶解于水的气体。如果氧气不溶解于水，甚至溶解的数量不足，那么生活在水中的鱼就不能呼吸到氧气了。其实人呼吸获得氧气，也必须首先经过氧气在血液中的溶解过程。氧气在身体内的浓度从动脉到静脉有很大差距，到组织细胞内浓度就更低了。细胞内浓度最低是在线粒体，线粒体内的氧气浓度只有几微摩尔。

许多氢水的产品使用ppm为单位，ppm是parts permillion含义是每百万分之一。如前所述，气体溶解度使用体积比，而不是质量比，所以氢水的产品使用ppm单位并不是一个规范的单位，这主要是日本研究氢气的学者缺乏气体医学研究背景，使用质量比为单位。中国的企业模仿日本的习惯，也采用这个计量单位。体积比和质量比可以进行换算，比如氢气溶解度为1.83%，每1升水中溶解1.6 mg，1升水的质量为1000g等于1000000 mg，1.6 mg比1000000 mg就是1.6 ppm。所以，如果某一氢水的产品如果氢气和水质量比可达到1.6 ppm，可以说达到了饱和浓度。根据目前国际上大部分学术研究的习惯，一般认为氢气浓度达到3/4饱和度，就是0.6 mM或1.2 ppm就足够产生生物学效应。

氢气改善研究最早使用的方法是呼吸含1-4%氢的混合气，呼吸气体时，血液中气体的浓度会随着呼吸时间延长从低到高增加，一般30分钟可以达到最大血液浓度(1-4%的饱和度)。只要提高呼吸浓度，就可以更快速地提高血液中的绝对浓度。不过增加呼吸氢气的浓度，血液中的浓度增加的规律和过程类似，同样在30分钟达到最高浓度。理论上，呼吸氢气的方法能明显提高机体摄取氢气绝对量。

虽然通过喝氢水，摄取氢确实有一定局限性，尽管可以通过一定技术提高水中携带氢的浓度，但仍然无法达到呼吸的同样水平。只要解决安全使用的问题，呼吸是改善疾病的重要方法之一。对消化系统相关疾病，氢水有优势，对呼吸系统疾病，呼吸氢有更大优势。