低氘水的作用

自然界中已知的107個(gè)化學(xué)元素有近270個(gè)穩(wěn)定同位素，質(zhì)量最小的是氫元素，它有氕（1H）和氘（2H即D）兩種穩(wěn)定性同位素,由此組成的水1H2O和2H2O（即D2O）分別稱為氕水（輕水）和氘水（也稱重水）。天然水中氘的豐度很低,一般為15010-4atom%,低氘水（又稱貧氘水或無(wú)氘水）是指氘豐度低于天然豐度的水,是一種穩(wěn)定性同位素產(chǎn)品。自從人類(lèi)發(fā)現(xiàn)同位素以來(lái),同位素的制備技術(shù)和同位素產(chǎn)品的應(yīng)用研究不斷得到發(fā)展，同位素產(chǎn)品在生命科學(xué)、核科學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、地質(zhì)學(xué)、農(nóng)業(yè)科學(xué)等高科技研究領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。氫同位素也是如此,1931年氘被發(fā)現(xiàn)至今,重水的分離方法和應(yīng)用范圍取得了重大突破,對(duì)各國(guó)的經(jīng)濟(jì)和軍事發(fā)展產(chǎn)生了深刻影響;而低氘水的研究則滯后于重水，是近年國(guó)外核醫(yī)學(xué)和水生理學(xué)領(lǐng)域的研究成果。低氘水的制備國(guó)內(nèi)關(guān)于低氘水的研究報(bào)道較少，有些關(guān)于低氘水制備的專利技術(shù)，但大多缺乏實(shí)質(zhì)性的研究?jī)?nèi)容。國(guó)外有不少國(guó)家涉足低氘水的研究，如匈牙利、烏克蘭、羅馬尼亞、俄羅斯、美國(guó)等國(guó)家的相關(guān)研究機(jī)構(gòu)紛紛公開(kāi)其研究成果:早在1992年,匈牙利Somlyai等人研制了用普通水經(jīng)蒸餾制取低氘水的方法，獲得氘豐度15~3010-4atom%的產(chǎn)品;1997年,匈牙利Somlyai等人又通過(guò)電解、蒸餾及其它方法的進(jìn)一步研究，將水中的氘降低為0.110-4atom%;1995年烏克蘭Nikolaevich等公開(kāi)了一種高真空汽化水的方法制取低氘、氚的應(yīng)用水1998年羅馬尼亞RegiaAutonomaActivitatiNucleareSucur采用自來(lái)水或重水廠的廢水，真空蒸餾得到低氘水;俄羅斯國(guó)家科學(xué)院也做過(guò)大量的水蒸餾研究工作;美國(guó)公開(kāi)了以海水為原料生產(chǎn)低氘水的裝置技術(shù)。縱觀國(guó)內(nèi)外的研究報(bào)道，低氘水主要以水為原料,采用分離方法制備而得。低氘水的分離原理雖然簡(jiǎn)單,但由于天然水中氘同位素豐度極少且氫同位素的分離系數(shù)小，因此分離氘是很困難的，力求尋找能耗低、投資少、經(jīng)濟(jì)上適合工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)方法是研究重點(diǎn)。就分離方法而論，低氘水的分離方法有化學(xué)交換法、蒸餾法、電解法、熱擴(kuò)散法、膜擴(kuò)散吸附法、離心法、激光法等方法以及上述幾種方法的組合，但作為工業(yè)化生產(chǎn)的方法主要推薦化學(xué)交換法和蒸餾法。1.1化學(xué)交換法化學(xué)交換法是分離氫同位素的方法之一，它根據(jù)熱力學(xué)同位素效應(yīng)，利用同位素在不同化學(xué)組分間的分配不同而達(dá)到分離的目的。依據(jù)操作過(guò)程的不同，化學(xué)交換法又可分成單溫法和雙溫交換法。單溫交換法的典型過(guò)程是H2OH2交換法,雙溫交換法的典型過(guò)程是H2SH2O交換法。除H2OH2交換法外，其它化學(xué)交換法生產(chǎn)的低氘水不適宜用作飲用水。1.2蒸餾法蒸餾法是分離液相混合物的經(jīng)典方法，是利用不同組分蒸汽壓的差別來(lái)實(shí)現(xiàn)分離的，由于同位素分子變種的蒸汽壓相差甚小，水蒸餾分離制備低氘水的能耗較高，但是水蒸餾法操作簡(jiǎn)單可靠，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)污染,是一種較容易實(shí)現(xiàn)的方法。1.3電解法電解法是一種古老的分離方法，水電解時(shí)，陰極上析出氫氣,陽(yáng)極上析出氧氣，由于水溶液中氘離子在陰極上電析速度比氕離子慢得多，因此在陰極上析出的氫氣中氕離子獲得富集,由此氫氣和氧氣可合成低氘水。2低氘水的應(yīng)用同一元素的同位素,在物理化學(xué)和核性質(zhì)上是有差異的，這種差異（稱為同位素效應(yīng)）取決于同位素的相對(duì)質(zhì)量變化和核殼層結(jié)構(gòu)，越輕的元素由質(zhì)量差異所引起的同位素效應(yīng)越強(qiáng),因此水中同位素氕和氘含量的變化，使水的有些性質(zhì)發(fā)生很大變化而改變其用途。根據(jù)氘豐度的不同，低氘水主要用于制備超純氕氣、核磁共振溶劑、防治疾病、保健飲用水及配方用水等。2.1制備超純氕氣和在核磁共振溶劑的應(yīng)用氘豐度!110-4atom%的低氘水,可制備超純氕氣應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)研究。氘豐度2~310-4atom%的低氘水，可用作核磁共振溶劑應(yīng)用于核磁共振技術(shù)［13］。質(zhì)子核磁共振技術(shù)是用來(lái)確定未知有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的有效方法，已經(jīng)成為分子認(rèn)證主要技術(shù)之一,廣泛應(yīng)用在化學(xué)研究、生化、醫(yī)藥化學(xué)、聚合物科學(xué)、石油研究、農(nóng)業(yè)化學(xué)和醫(yī)學(xué)。核磁共振成像技術(shù)是核磁共振在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，人體內(nèi)含有非常豐富的水,不同的組織水的含量也各不相同，探測(cè)水的分布信息,就能夠繪制出一幅比較完整的人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像，核磁共振成像技術(shù)就是通過(guò)識(shí)別水分子中氫原子信號(hào)的分布來(lái)推測(cè)水分子在人體內(nèi)的分布，進(jìn)而探測(cè)人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的技術(shù)。核磁共振技術(shù)是一種無(wú)侵襲的檢查方法，對(duì)患者沒(méi)有射線影響,診斷的依據(jù)是人體內(nèi)水分子氫核發(fā)出的核磁共振信號(hào),信號(hào)強(qiáng)弱不僅取決于人體所含氫核密度,而且還取決于氫核在分子結(jié)構(gòu)中的位置和分子周?chē)沫h(huán)境狀態(tài)。核磁共振成像的優(yōu)點(diǎn)是不需要移動(dòng)患者就能獲得無(wú)重疊的、不失真的、任何解剖方向的斷層圖象，打破了以往醫(yī)學(xué)影像診斷的慣例，克服了以解剖學(xué)為基礎(chǔ)的局限性，可以在分子結(jié)構(gòu)的水平上進(jìn)行診斷。它不僅能描述物質(zhì)的物理特性，還能觀察活體組織的生物化學(xué)和生物狀態(tài),利用核磁共振，可以早期并全面地顯示心肌運(yùn)動(dòng)障礙的范圍和位置;還能明確地劃分出血栓形成的范圍及顯示人體組織中含水含脂肪的部分,還能進(jìn)行早期腫瘤結(jié)構(gòu)與惡性腫瘤結(jié)構(gòu)區(qū)分開(kāi)。低氘水就是核磁共振技術(shù)使用的溶劑之一。2.2在疾病防治和飲料用水中的應(yīng)用氘豐度25~13510-4atom%的低氘水，可用作疾病防治和飲料用水。在該領(lǐng)域，低氘水有極其廣泛的用途，歐洲、美國(guó)、日本等國(guó)的科學(xué)家都開(kāi)展了相關(guān)研究。低氘水具有活化免疫細(xì)胞、改善機(jī)體基礎(chǔ)代謝水平、抗細(xì)胞突變和延緩衰老等功能，有益于包括人在內(nèi)的各種動(dòng)植物生命體的生存發(fā)展和繁衍。飲用低氘水可以預(yù)防疾病、保健身體，特別是對(duì)某些癌癥等疾病的輔助治療，是近年國(guó)外核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和水生理學(xué)領(lǐng)域?qū)Φ碗畱?yīng)用研究的重大突破。經(jīng)O17核磁共振分析證實(shí)，低氘水的分子團(tuán)較一般的水小50%以上，這些較小的分子團(tuán)在身體內(nèi)部移動(dòng)穿越比其他的水更迅速有效，更容易被細(xì)胞吸收，使身體更快更有效地補(bǔ)充水分。2.2.1應(yīng)用于防治癌癥低氘水防治癌癥的方法最初是由匈牙利醫(yī)生、分子生物學(xué)家SomlyaiG研究發(fā)現(xiàn)的,SomlyaiG于1990年開(kāi)始用低氘水對(duì)癌癥、糖尿病等疾病患者進(jìn)行大量的臨床研究,揭示了低氘水抗癌效果的分子機(jī)理,發(fā)現(xiàn)低氘水能抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)，制約腫瘤細(xì)胞的分解復(fù)制，最后導(dǎo)致腫瘤質(zhì)量減少,在有些情況下甚至全部覆滅，是一種全新的原創(chuàng)達(dá)到阻止腫瘤細(xì)胞成長(zhǎng)的新療法。飲用低氘水對(duì)防治癌癥以及癌癥患者的輔助治療有作用。日本等國(guó)科學(xué)家的應(yīng)用研究也表明了這一點(diǎn)。2.2.2應(yīng)用于心血管、糖尿病等疾病的輔助治療美國(guó)霍普金斯醫(yī)學(xué)院AgreP發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜上的水通道蛋白質(zhì)，解開(kāi)了水在生物體的吸收機(jī)理，而且進(jìn)一步指出水通道蛋白的功能缺失與腎病、水腫有關(guān)。這是水生理學(xué)科領(lǐng)域的重大發(fā)現(xiàn)，從而獲得2003年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。同時(shí)指出，只有有序、結(jié)構(gòu)化小分子團(tuán)水能進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)參與人體物質(zhì)能量、信息代謝。因此低氘水是生命的激活劑、能激活人體細(xì)胞及機(jī)能、改善新陳代謝，飲用低氘水對(duì)心腦血管病、糖尿病、新陳代謝紊亂等疾病有一定的輔助治療和預(yù)防作用。2.2.3應(yīng)用于保健、抗衰老羅馬尼亞科學(xué)家Haulica等人的多年研究表明:低氘水具有抗氧化能力，在低氘水環(huán)境中，人類(lèi)大腦和肝臟中抗氧化酶的活性顯著提高。超氧自由基是人類(lèi)衰老的總根源。這是人的細(xì)胞中線粒體上出現(xiàn)的怪物，它專門(mén)吃掉DNA、RNA遺傳因子或破壞細(xì)胞膜，阻礙正常細(xì)胞分裂，使人得不到新鮮細(xì)胞而衰老死亡。低氘水的分子非?；钴S,會(huì)帶動(dòng)生命動(dòng)力元素含水離子跑到人體的一切角落，靠生命動(dòng)力元素的自身變價(jià)能力，把超氧自由基的電子吸引過(guò)來(lái)，使超氧自由基變成正常的氧分子，延緩衰老。飲用低氘水能保健、抗衰老?？捎玫碗瞥删凭嬃?，如:伏特加、威士忌、白蘭地、雞尾酒、米酒、果酒以及啤酒等，區(qū)別于普通酒飲料，這種酒具有顯著降低酒精毒性的作用，減少酒精性肝病的發(fā)生。用低氘水制成非酒精飲料，如:飲用水、礦化水、磁化水、軟飲料和功能飲料等，能改善人類(lèi)健康和生活質(zhì)量。2.3在其它領(lǐng)域中的應(yīng)用2.3.1在動(dòng)植物生長(zhǎng)中的應(yīng)用科學(xué)家指出,鯨魚(yú)之所以長(zhǎng)得很大，并生活在接近冰山的融冰邊緣區(qū)域，是因?yàn)楹錁O地附近水中的含氘量少,魚(yú)類(lèi)和浮游生物容易繁殖;侏儒人和矮小動(dòng)物主要生活在氘含量多的赤道非洲西部,而大型非洲動(dòng)物象和河馬均在氘含量比正常值少的非洲東部。對(duì)于植物，用低氘水浸泡種子和澆灌，易于種子發(fā)芽和生長(zhǎng),提高產(chǎn)量和品質(zhì)。2.3.2在化妝品中的應(yīng)用水中同位素氘的含量顯著影響化妝品中蛋白質(zhì)、碳酸化合物、脂類(lèi)、核酸等物質(zhì)的基本性能，使用氘含量低的水生產(chǎn)化妝品是優(yōu)選的，低氘水是改進(jìn)化妝品品質(zhì)的安全且有