光子和磁场对矿泉水协同处理技术研究

矿泉水由于它的保健、防病、治病及消暑解渴功效，越来越受到我国百姓的喜欢，饮用人数剧增。但目前一些小型矿泉水厂，由于资金实力不足，采用的生产工艺简陋，消毒设备简单，大多数采用紫外光消毒。由于矿泉水水温较低，紫外光灭菌效果受到影响，因此存在严重的质量隐患，威胁饮用者的健康。然而目前大多数小型矿泉水厂短期内还无法改用先进的生产工艺，如果采用化学杀生剂必然会降低矿泉水的品质。为了改善紫外光的杀菌功效，提高矿泉水的活性，增加其医疗保健功能，提高矿泉水的品质，我们首次提出了采用磁场强化紫外光的消毒作用，利用红外光和磁场的协同作用来活化矿泉水的新设想。为此研究了矿泉水在磁场下的吸光性能。 1 理论分析现代医学已经证明：在一定的磁场强度下，磁场可以杀灭细菌。如果把微生物放在50mT以上的感应磁场中，即使抵抗力很强的大肠杆菌也会被杀灭。当水中有氧存在时，由于磁场和光子的协同作用能够产生一定量的过氧化氢(H2O2)，过氧化氢在紫外光的辐照下分解生成羟基(OH.)[3，4]，反应按下列方式进行：1/2O2+H2O+E+hνH2O2 (1)H2O2+hν2OH. (2)式中：E磁场强度；h普朗克常数；ν光子频率由于过氧化氢(H2O2)和羟基(OH.)具有极强的杀菌能力，其杀菌速度比氯快600～3000倍，因此可大大提高紫外光的消毒效果。另一方面，磁场能改变分子中电子轨道的空间取向，并使其能级发生分裂，红外光的能量与分子振动能级相近。矿泉水在它们协同作用下，改变了矿泉水中各种离子的水合状态；激发了分子向更高的振转状态跃迁；使矿泉水的物理化学性能发生变化，饮用后可激活细胞内的各种酶的活性[7-8]。增加了矿泉水的医疗保健功效。从而进一步改善了矿泉水的品质，提高了市场竞争能力。为了了解磁场和光子对矿泉水的协同处理效应，通过测定不同频率光波在有、无磁场时的吸收率，揭示磁场强化消毒机理及矿泉水活化机制，为开发新型高品质矿泉水提供了理论依据。 2 试验设备、条件和方法[9-11]试验设备是在上海光学仪器厂生产的95Wc微机型单束光分光光度计的基础上，在试样槽的一格两侧安装两片稀土永磁材料(剩磁强度为Br=1.1T)，试验光路如图1所示。试验使用的矿泉水是由中国青岛崂山华源矿泉水饮料公司生产，其主要指标如表1所示。试验是以二次蒸馏水为基准，将其在无磁场条件下透射光设定为入射光强度，然后分别测定矿泉水在磁场和无磁场条件下不同波长的透射率，换算成水的吸水率，再根据Beer定律(式3)计算出矿泉水样的吸收系数。a=-ln(I/I0)/L (3)式中：I为透射光强度；I0为入射光强度；L为吸光厚度 3 结果及讨论 3.1 磁场对不同频率光波吸收的影响 3.2 磁致吸光度为了确定磁场对矿泉水的吸光性能的影响程度，将磁场下的吸光系数与无磁场时的吸光系数之差定义为矿泉水的磁场吸光度。即：ac=a1-a2 (4)式中：ac为磁致吸光度；a1为磁场下的吸光系数；a2为无磁场时的吸光系数。图3表明了在不同波长下矿泉水的磁致吸光度的大小。从图中可以看出，在大于400nm和小于700nm两波段内，磁场对矿泉水的吸光系数影响较大，也就是说磁场与该两段频区的光子协同作用效应较大，因此能够诱发矿泉水的物理化学性能变化。在前波段区，光子能量为 3.5ev左右，在该能量条件下可使分子轨道上的电子产生n→π跃迁和络合体中电荷的转移。破坏了构成生物体细胞壁的不饱和脂肪酸，使之成为醛、羧酸、二羧酸，其中醛又是强的杀菌剂，可进一步强化灭菌效果，最终这些有机物被无机化。在>700nm频段的光子能量为1.5ev左右，在这个能级条件下，能改变分子的振转状态及氧分子的活化。光子和磁场协同作用后，能使水中离子的水合状态发生变化，使某些分子或离子处于活化状态，提高矿泉水的品质，为开发矿泉水新功能指明方向。 4 结 论通过理论分析和试验研究表明磁场不仅具有杀菌作用；而且能提高矿泉水吸收紫外光的能力，从而使强化紫外光的消毒效果，为小型矿泉水厂提供了一种新的消毒手段。对磁场下矿泉水的吸光性能研究表明：磁场亦增加了矿泉水对红外光的吸收能力，有利于活化矿泉水，可以提高其品质。矿泉水经光子和磁场协同处理后，使其活化，饮用后能激活各种酶的活性，增加其医疗保健效果。