专利名称：一种小分子团簇结构功能水的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种功能水的制备方法，具体地说，是涉及一种小分子团簇结构功能水的制备方法。
背景技术：
水作为世界上存在最广泛的分子型化合物，对人体具有非常重要的生理功能。天然水中溶解了各种有益于人体健康的矿物质和某些生命必须的元素如02、CO2, Zn、Fe、Mn 等，水是人体所必需的营养液；水是一个“化学场”，其中可以进行各种复杂的化学反应如酸碱反应、氧化还原反应等，还可以发生溶解、沉淀、分解、化合、胶溶等化学作用；水具有比热大、蒸发热大及流动性大的特点，在人体中随着血液、淋巴液到处流动，既可使人体37°C 体温保持稳定，又可使体温不因环境温度的改变而有明显的变化；此外，水分子可以与蛋白质、核酸通过氢键形成水合物，对维持蛋白质、核酸的立体构型非常重要，而蛋白质、核酸空间结构的改变对于其生物学功能起着至关重要的作用。随着人们生活水平的提高和保健意识的增强，人们对水质的需求越来越高。据世界卫生组织的资料表明，全世界80%的疾病是由饮水引起的，我国死亡人口中1/3的人数与饮水有关，改善饮水质量是提高全民健康素质，实现小康社会的重要任务。近些年，为了避免饮水中“加氯消毒法”和管网的二次污染，深度处理的各种饮水如雨后春笋般蓬勃而出，如纯净水、矿泉水、蒸馏水、矿化水等等。健康饮水成了国内外科学界关注的焦点，目前科学家比较公推的标准是1.没有有害物质，如有机物、重金属离子和细菌；2.平衡的矿物质；3.呈负电位；4.弱碱性；5.小分子团；6.具有抗氧化能力。由于普通饮水并不具备上述优点，功能水应运而生，并在国际上的发展迅速。尽管近年来国际上功能水的发展非常迅速，但总体来说功能水行业还处于培育期，其中最为成熟的是电解水(俗称离子功能水)。离子功能水的生产过程如下在含有微量电解质的水中插入两个电极，外加一定的直流电压，在阳极和阴极发生电极反应，最后通过膜分离的技术得到电解水。净化水经过电解后，从阳极流出的水由于含有较多的酸根离子(H+离子)，具有氧化性，称为“电解氧化水”；从阴极流出的水含有较多的氢氧根离子(0H_)和金属离子， 具有还原性，称为“电解还原水”，就是统常所说的“碱性离子水”。离子功能水是基于水的PH值、氧化还原电位等指标发生改变而制备的具有特殊功能的功能水。截止目前为止，纯净水、矿泉水、蒸馏水、矿化水以及离子功能水都是针对水的物化性质、成分以及含量对人体健康的影响而进行生产制备，而考虑水结构功能的甚少。 但是，正是由于水结构的特殊性即水分子团簇结构才导致了水具有上述重要的生理功能。 根据热力学的计算，如果水是以单个分子存在，水的熔点应为-110°C，沸点为-85°c;而实际上水的熔点为0°C，沸点为100°C。物质具有熔点、沸点随分子量增大而提高的性质，因此水并不是以单个分子形式存在，而是以水分子团簇的形式存在。水团簇结构的形成和改变与水分子的运动有密切的关系，液态水分子通过分子间的氢键形成团簇结构，而氢键是靠质子转移呈线形方式联系，即X-H…Y，其中X-H为质子给予体，Y为质子受体，水团簇结构就是由这样的氢键网络的相互缔合形成的。普通水一般都是由大分子团簇(15 17个水分子)组成的，大分子团簇水的渗透力较差，不易被人体吸收。小分子团簇水(由10个以下的水分子组成)渗透性较好，能很快进入细胞，更易于人体吸收，并将矿物质与微量元素带进细胞，同时增强细胞的代谢功能，对人体的健康十分有益。因此，制备小分子团簇结构水具有重要的实际应用价值。通过外加能量，改变水分子的运动状态，影响氢键网络的重排机理，就可以实现水分子团簇结构的改变。一些研究者通过电场、磁场、远红外等手段来改变水的团簇结构，但是，经这些方法处理后，水的团簇结构有时会变大，有时则可能变小，团簇结构的变化具有不确定性。另外，采用这些方法改变水团簇结构时，水团簇结构改变后的状态维持一段时间后会很快恢复到原来水平，通常仅能够维持几分钟到几十分钟。通过添加某种矿物质来实现小团簇结构水也是无法实现的，因为通常无机盐都对水团簇的缔合具有促进作用。国外已有研究表明，冰山融水和雪水的团簇结构都较小，具有对抗衰老，提高动物生育能力，甚至改善病人新陈代谢的作用。然而考虑到冰山融水和雪水在某些地方较难获得，因此这种天然的小分子团簇水对于大多数人而言仍遥不可及。
发明内容
本发明要解决的是目前具有重要实际应用价值的小分子团簇水不易获得的技术问题，提供一种小分子团簇结构功能水的制备方法，工艺简单，操作方便，易于实现。为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现一种小分子团簇结构功能水的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤a.以供水源为原水，经过净化处理使原水达到电导率小于20 μ s · cnT1的纯净水标准；b.在无菌防尘环境下将步骤a得到的纯净水缓慢冷冻使其充分结晶，冷冻同时进行超声波谐振；c.在无菌防尘环境下将步骤b得到的结晶体缓慢解冻，解冻完全后，得到小分子团簇结构功能水。所述步骤b缓慢冷冻过程中的降温速率控制在2 5 °C · h—1，冷冻温度控制在-20 -30 0C ο所述步骤b中超声波谐振的谐振频率为2000 2200MHz。所述步骤c缓慢解冻过程中的降温速率控制在2 314:冷冻温度控制在4 10°C。本发明的有益效果是(一)本发明制备出的功能水其分子团簇结构较小，该功能水的17O-NMR半峰宽维持在45 60Hz，17O-NMR化学位移维持在210 230Hz，其具有良好的渗透生理功效，更易于人体吸收，在促进人体新陈代谢，提高人体免疫力方面发挥着重要作用。(二)本发明的制备方法比较简单，操作方便，易于实现，适于推广使用，使小分子团簇饮用功能水进入家庭更加成为可能。(三)本发明的制备方法过程不增加添加剂，无污染，保证了产品质量。
具体实施例方式本发明披露了一种小分子团簇结构功能水的制备方法，其原理是通过理论计算和实验研究发现，水的团簇结构与冰的结晶体结构存在某种继承关系，即在一定的物理化学条件下，液态水可以再现某种冰的结构。经冷冻、解冻及超声谐振后，水中的部分氢键会发生断裂和重组，水团簇结构变小，当水在宏观上温度恢复到室温以后，微观上水的团簇结构需要一个较长的热力学稳定过程。下面通过具体的实施例对本发明作进一步的详细描述以下实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。实施例1取某地下水井(水井深度为59米)的水作为原水，利用新型分子筛净水器净化原水(净化后水的电导率为18. 9 μ S · cm-1)，将经过净化处理的水注入-20°c的超声冷冻室中，静置1小时后进行缓慢冷冻，采用程序降温设备将降温速率控制在2°C · h—1，在冷冻的过程中同时采用超声定频谐振的方法对水进行超声处理，谐振频率为2100MHz，超声处理为2小时，待水充分结晶后，在7°C下进行解冻处理，通过程序升温将升温速率控制在 2. 71:^-1,融化的水储存与冰箱冷藏室中。对制备出的结构功能水进行”0核磁共振测定， 分析测试结果表明，该功能水的17O-NMR半峰宽为54. 2Hz，17O-NMR化学位移为222Hz，与原水(17O-NMR半峰宽为59. 2Hz，"0-NMR化学位移为226Hz)相比，制备出的功能水〃0_NMR半峰宽和化学位移均变小，说明制备出的功能水的水分子团簇要小于原水，小团簇结构的功能水更易于人体吸收。实施例2取某地下水井(水井深度为15米)的水作为原水，利用新型分子筛净水器净化原水(净化后水的电导率为18. 1 μ s · cnT1)，将经过净化处理的水注入_25°C的超声冷冻室中，静置2小时后进行缓慢冷冻，采用程序降温设备将降温速率控制在2. 5°C · h—1，在冷冻的过程中同时采用超声定频谐振的方法对水进行超声处理，谐振频率为2200MHz，超声处理为1小时，待水充分结晶后，在10°C下进行解冻处理，通过程序升温将升温速率控制在 3°C化―1，融化的水储存与冰箱冷藏室中。对制备出的结构功能水进行”0核磁共振测定，分析测试结果表明，该功能水的17O-NMR半峰宽为58. 7Hz，"0-NMR化学位移为227Hz，与原水 (17O-NMR半峰宽为67. 3Hz, 17O-NMR化学位移为232Hz)相比，制备出的功能水〃0_NMR半峰宽和化学位移均变小，说明制备出的功能水的水分子团簇要小于原水，该功能水对人体健康十分有益。实施例3取市政供水管网的自来水作为原水，利用新型分子筛净水器净化原水(净化后水的电导率为20μ s · cnT1)，将经过净化处理的水注入-30°C的超声冷冻室中，静置2小时后进行缓慢冷冻，采用程序降温设备将降温速率控制在53°C · h—1，在冷冻的过程中同时采用超声定频谐振的方法对水进行超声处理，谐振频率为2200MHz，超声处理为2小时，待水充分结晶后，在4°C下进行解冻处理，通过程序升温将升温速率控制在2°C h—1，融化的水储存与冰箱冷藏室中。对制备出的结构功能水进行17O核磁共振测定，分析测试结果表明，该功能水的17O-NMR半峰宽为59. 5Hz，17O-NMR化学位移为224Hz，与原水Γθ-NMR半峰宽为64. 7Hz, 17O-NMR化学位移为238Hz)相比，制备出的功能水"0-NMR半峰宽和化学位移均变小，说明制备出的功能水的水分子团簇要小于原水，该功能水对人体健康十分有益。实施例4取某地下水井(水井深度为38米)的水作为原水，利用新型分子筛净水器净化原水(净化后水的电导率为18. 6μ S · cnT1)，将经过净化处理的水注入的超声冷冻室中，静置1. 5小时后进行缓慢冷冻，采用程序降温设备将降温速率控制在3°C · h—1，在冷冻的过程中同时采用超声定频谐振的方法对水进行超声处理，谐振频率为2000MHz，超声处理为1. 5小时，待水充分结晶后，在4°C下进行解冻处理，通过程序升温将升温速率控制在 3°C化―1，融化的水储存与冰箱冷藏室中。对制备出的结构功能水进行”0核磁共振测定，分析测试结果表明，该功能水的17O-NMR半峰宽为56. 2Hz, 17O-NMR化学位移为225Hz，与原水 Γθ-NMR半峰宽为61. 2Hz，"0-NMR化学位移为229Hz)相比，制备出的功能水〃0_NMR半峰宽和化学位移均变小，说明制备出的功能水的水分子团簇要小于原水，小团簇结构的功能水更易于人体吸收。实施例5取某地下水井(水井深度为25米)的水作为原水，利用新型分子筛净水器净化原水(净化后水的电导率为19. 1μ s · cnT1)，将经过净化处理的水注入-22°C的超声冷冻室中，静置ι. 5小时后进行缓慢冷冻，降温速率为2. et:+-1,在冷冻的过程中同时采用超声定频谐振的方法对水进行超声处理，谐振频率为2100MHz，超声处理为2小时，待水充分结晶后，在7°C下进行解冻处理，通过程序升温将升温速率控制在2. 8°C化―1，融化的水储存与冰箱冷藏室中。对制备出的结构功能水进行17O核磁共振测定，分析测试结果表明，该功能水的17O-NMR半峰宽为59. 6Hz, 17O-NMR化学位移为213Hz，与原水(17O-NMR半峰宽为64. 5Hz, 1M-NMR化学位移为223Hz)相比，制备出的功能水1M-NMR半峰宽和化学位移均变小，说明制备出的功能水的水分子团簇要小于原水，该功能水对人体健康十分有益。实施例6取某地下水井(水井深度为80米)的水作为原水，利用新型分子筛净水器净化原水(净化后水的电导率为19. 3μ S · cnT1)，将经过净化处理的水注入-25°c的超声冷冻室中，静置1小时后进行缓慢冷冻，采用程序降温设备将降温速率控制在3. 5°C · h—1，在冷冻的过程中同时采用超声定频谐振的方法对水进行超声处理，谐振频率为2100MHz，超声处理为2小时，待水充分结晶后，在10°C下进行解冻处理，通过程序升温将升温速率控制在 2. 9°C化―1，融化的水储存与冰箱冷藏室中。对制备出的结构功能水进行”0核磁共振测定， 分析测试结果表明，该功能水的17O-NMR半峰宽为60. 7Hz，17O-NMR化学位移为232Hz，与原水(17O-NMR半峰宽为69. 2Hz，"0-NMR化学位移为MlHz)相比，制备出的功能水"0-NMR半峰宽和化学位移均变小，说明制备出的功能水的水分子团簇要小于原水，该功能水对人体健康十分有益。实施例7取市政供水管网的自来水作为原水，利用新型分子筛净水器净化原水(净化后水的电导率为19. 7μ S · cnT1)，将经过净化处理的水注入-20°c的超声冷冻室中，静置2小时后进行缓慢冷冻，采用程序降温设备将降温速率控制在2°C · h—1，在冷冻的过程中同时采用超声定频谐振的方法对水进行超声处理，谐振频率为2100MHz，超声处理为2小时，待水充分结晶后，在10°C下进行解冻处理，通过程序升温将升温速率控制在2. 8°C · 1Γ1，融化的水储存与冰箱冷藏室中。对制备出的结构功能水进行17O核磁共振测定，分析测试结果表明， 该功能水的"0-NMR半峰宽为59. 5Hz，17O-NMR化学位移为227Hz，与原水("0-NMR半峰宽为
65.9Hz, 17O-NMR化学位移为238Hz)相比，制备出的功能水〃0_NMR半峰宽和化学位移均变小，说明制备出的功能水的水分子团簇要小于原水，该功能水对人体健康十分有益。实施例8取市政供水管网的自来水作为原水，利用新型分子筛净水器净化原水(净化后水的电导率为19. 3μ S · cnT1)，将经过净化处理的水注入-25°c的超声冷冻室中，静置1. 5小时后进行缓慢冷冻，采用程序降温设备将降温速率控制在2. 5°C · h—1，在冷冻的过程中同时采用超声定频谐振的方法对水进行超声处理，谐振频率为2100MHz，超声处理为1小时，待水充分结晶后，在7°C下进行解冻处理，通过程序升温将升温速率控制在2. 60C · h—1，融化的水储存与冰箱冷藏室中。对制备出的结构功能水进行17O核磁共振测定，分析测试结果表明，该功能水的17O-NMR半峰宽为58. 6Hz, 17O-NMR化学位移为221Hz，与原水Γθ-NMR半峰宽为65. 2Hz，"0-NMR化学位移为238Hz)相比，制备出的功能水17O-NMR半峰宽和化学位移均变小，说明制备出的功能水的水分子团簇要小于原水，该功能水对人体健康十分有益。实施例9取市政供水管网的自来水作为原水，利用新型分子筛净水器净化原水(净化后水的电导率为20μ s · cnT1)，将经过净化处理的水注入_23°C的超声冷冻室中，静置2小时后进行缓慢冷冻，采用程序降温设备将降温速率控制在2. 40C · h—1，在冷冻的过程中同时采用超声定频谐振的方法对水进行超声处理，谐振频率为2150MHz，超声处理为1. 5小时，待水充分结晶后，在10°C下进行解冻处理，通过程序升温将升温速率控制在3°C · tT1，融化的水储存与冰箱冷藏室中。对制备出的结构功能水进行17O核磁共振测定，分析测试结果表明， 该功能水的"0-NMR半峰宽为59. IHzZ7O-NMR化学位移为226Hz，与原水("0-NMR半峰宽为 63. 4Hz，17O-NMR化学位移为236Hz)相比，制备出的功能水17O-NMR半峰宽和化学位移均变小，说明制备出的功能水的水分子团簇要小于原水，该功能水对人体健康十分有益。实施例10取市政供水管网的自来水作为原水，利用新型分子筛净水器净化原水(净化后水的电导率为20μ s · cnT1)，将经过净化处理的水注入的超声冷冻室中，静置2小时后进行缓慢冷冻，采用程序降温设备将降温速率控制在3. 8°C · h—1，在冷冻的过程中同时采用超声定频谐振的方法对水进行超声处理，谐振频率为2150MHz，超声处理为2小时，待水充分结晶后，在7°C下进行解冻处理，通过程序升温将升温速率控制在2. 5°C · h—1，融化的水储存与冰箱冷藏室中。对制备出的结构功能水进行17O核磁共振测定，分析测试结果表明， 该功能水的"0-NMR半峰宽为58. 9Hz, 17O-NMR化学位移为214Hz，与原水("0-NMR半峰宽为
66.9Hz, 17O-NMR化学位移为227Hz)相比，制备出的功能水"0-NMR半峰宽和化学位移均变小，说明制备出的功能水的水分子团簇要小于原水，该功能水对人体健康十分有益。综上所述，利用本发明制备出的结构功能水的17O-NMR半峰宽均在60Hz以下， 17O-NMR化学位移均在230Hz以下，与原水相比(17O-匪R半峰宽在60 80Hz，17O-NMR化学位移在230 M5Hz)有一定程度的降低，说明制备出的功能水的团簇结构较小，更易于人体吸收，有利于人体健康，该方法可作进一步推广。
尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种小分子团簇结构功能水的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤a.以供水源为原水，经过净化处理使原水达到电导率小于20μs · cm-1的纯净水标准；b.在无菌防尘环境下将步骤a得到的纯净水缓慢冷冻使其充分结晶，冷冻同时进行超声波谐振；c.在无菌防尘环境下将步骤b得到的结晶体缓慢解冻，解冻完全后，得到小分子团簇结构功能水。
2.根据权利要求1所述的一种小分子团簇结构功能水的制备方法，其特征在于，所述步骤b缓慢冷冻过程中的降温速率控制在2 5°C · tT1，冷冻温度控制在-20 -30°C。
3.根据权利要求1所述的一种小分子团簇结构功能水的制备方法，其特征在于，所述步骤b中超声波谐振的谐振频率为2000 2200MHz。
4.根据权利要求1所述的一种小分子团簇结构功能水的制备方法，其特征在于，所述步骤c缓慢解冻过程中的降温速率控制在2 ；TC · 1Γ1，冷冻温度控制在4 10°C。
全文摘要
本发明公开了一种具有小分子团簇特性结构功能水的制备方法，该制备方法基于冰与水分子团簇结构具有相关性及水的结构记忆特征，由下述步骤组成将经过净化处理的水置于-20～-30℃的冷冻室中进行缓慢解冻，降温速率控制在2～5℃·h-1；缓慢冷冻过程中同时进行超声谐振，谐振频率控制在2000～2200MHz；待其充分冷冻后，在4～10℃的温度下进行解冻处理，升温速率控制在2～3℃·h-1。本发明制备出的功能水分子团簇结构小，更易于吸收，对人体具有良好的生理健康功效；制备方法比较简单，操作方便，易于实现，适于推广使用。
文档编号C02F1/36GK102295316SQ20111015103
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月7日 优先权日2011年6月7日
发明者毛国柱, 王文华, 耿彬华, 赵林, 路彩英 申请人:天津大学, 沃德思源集团有限公司