活性氧如羟基自由基、超氧阴离子、过氧化氢和单线态氧具有高度氧化活性，氧化活性的本质是从其他物质抢夺电子的能力，这些活性氧氧化作用强就是抢夺电子的能力强。氧化活性是活性氧导致生物分子受损伤的基础，生物体为维持自身稳定，具有一套完善的抗氧化系统，但是在衰老和疾病过程中，机体抗氧化系统无法满足维持氧化平衡的能力，则出现氧化损伤和病理过程。许多疾病如癌症、炎症、高血压、动脉硬化、糖尿病和神经退行性疾病等都存在氧化损伤的问题。针对氧化损伤和氧化稳态失衡问题，许多学者开展大量研究尝试使用抗氧化纠正和治疗氧化损伤相关疾病。

由于分子量非常小，扩散能力强，没有任何毒性和选择性中和毒性自由基等优点，氢气作为一种性能优异的生物抗氧化剂，最近几年在生物医学研究领域脱颖而出。2007年，太田成男教授采用脑缺血再灌注氧化损伤经典模型，率先证明了氢气的选择性抗氧化效应，启动了氢气生物医学研究领域。随后大量细胞、动物实验和部分临床研究先后证明氢气对各类器官缺血再灌注损伤、炎症反应、癌症、糖尿病、帕金森病、老年性痴呆和心血管疾病都具有良好的治疗效果。

氢气是一种非常微弱酸性(pKa=35)难溶于水的气体分子，氢气溶解水表现出明显的负氧化还原电位ORP，氢气释放后的水和普通水则表现为正氧化还原电位。制造氢水的传统方法是通过电解水的方法，由于电解过程容易产生一定副产物，逐渐被直接溶解氢气的技术取代。

电解时，氢离子从负电极获得电子变成氢原子，两个氢原子结合成为氢气分子，由于氢离子被消耗，氢氧根离子浓度相对增加，负电极周围的水逐渐变成碱性。曾有研究发现，电解还原水能延缓衰老过程，中和毒性自由基。

过去也有企业和学者采用金属镁与水反应制造氢水的办法，目前市面上许多氢棒基本原理都是这种。金属镁与水反应制造氢水可以达到0.55-0.56mM氢浓度（2.5 ppm）(Doctor SUISOSUI®; Friendear, Tokyo, Japan)，由于金属镁与水反应产生氢气的速度主要受到水的酸性影响，酸性高能加快反应速度，最新这一技术采用弱酸（柠檬酸）和金属镁联合的方法，结合辅料羟丙基纤维素HPC，制造出Mg-citric acid-HPC (MgCC)氢水制造材料，经过实验检测和理论模拟，证明是一种理想的氢水制造材料，估计有一定应用前景。

将18毫克这种粉末加入6毫升冷水，20-30分钟能制造出浓度高达5.1 ppm氢水（这样的性能说明这种技术似乎不稀奇，国内许多企业和学者都能实现超越）。

虽然有机酸能促进金属与水反应产生氢气的速度，但是这种反应的基础并不了解，本研究采用重氢（氘）水和氕水混合溶液与MgCC反应，利用气相色谱结合质谱技术分析氘气D2、氕气H2和氘氕气的产量比例，利用氘动力学同位素效应分析上述三种氢气产量比例。研究发现H2/D2> 1非常明显，说明存在一种影响反应速度的过度状态transition state (TS)。当反应体系内加入自选捕获剂CYPMPO，用电子自旋共振没有检测到氢原子信号。根据这些发现，研究人员利用密度泛函理论的计算机模拟技术对镁水反应的氢气产生过程是否存在过度状态进行了理论分析，并推测出过度状态的结构。这些结果说明酸（水也属于弱酸）能降低这种过度状态的活化能DGi*，这一研究提供了弱酸在氢气产生过程中催化作用的新视角。

当然，作为氢水制造方法，本研究中使用的材料也值得尝试。

Preparation of the Mg–citric acid–coating material

The Mg–citric acid-coating material was prepared by the physical mixing of Mg powder (particle size:212→600 mm), citric acid, and the coating agent hydroxypropyl cellulose (HPC) in a 1 : 7 : 0.08 weight(%) ratio. The resulting rough powder was pulverized in a bead mill (Ashizawa Finetech Ltd., Chiba,Japan), and a fine powder (particle size: 75→150mm) was isolated using a sieving machine. From 1 g of MgCC materials, 80 ml of gaseous H2 were generated by this method.

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Proposed formation mechanism and active species of hydrogen molecules generated from a novel magnesium–citric acid–hydroxypropyl cellulose coating (MgCC) material

Shigeki Kobayashi, Toshiyuki Chikuma, Kazuyoshi Chiba, Daisuke Tuchiya,Tomomitu Hirai

PII: S0022-2860(15)30379-3 DOI: 10.1016/j.molstruc.2015.10.079

Reference: MOLSTR 21924 To appear in: Journal of Molecular Structure

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