ORPが低い水は体に良い水?(1) 水の酸化還元電位(ORP)とは 2018/8/17

高く積み上げられた知識体系、人類の財産ともいうべき科学は、暮らしのなかに浸透し、皆さんの生活の質の向上に寄与してきました。しかし、時に「なんとなく科学っぽい」商品に出くわしたり、「科学用語を用いた巧みな」宣伝に惑わされたりすることがあると思います。科学の説得力を利用した「ニセ科学」には十分に気を付けたいものです。企業や国レベルではすでにニセ科学として断定されているにもかかわらず、一般の方々には未だに信じられているものも結構あります。特に、水は成人の身体の約60%を占め、私達が生きていく上で不可欠なこともあり、健康によい水への関心が極めて高く、それゆえ古くからニセ科学の対象になってきました。「がんが治る」、「アトピーが治る」などの効能を体験談で飾り立て、「水分子のクラスター構造」などと科学をちらつかせた説明で、あたかも効果に科学的根拠があるかのように説明されてきた水もありました。

さまざまな水を比較する際、よく用いられる指標として硬度やpHがあります。また、最近ではORPがよく用いられています。ORPはOxidation-Reduction Potentialの略で、その意味が他のものに比べてあまり理解されているとは言えません。今回は、ORPについてお話をしたいと思います。私は電気化学を専門としていますが、実はORPという略語を研究上で使うことはありません。電気化学の専門領域では、日本語の酸化還元電位は英語表記でredox potentialという用語を用いるのが通例です。本稿では、敢えてORPを用いることにします。

まず初めに、水を語るときに気を付けて頂きたいことがあります。水の硬度、水のpHという表現をしますが、水が純粋(水に何も溶けていない)であれば、硬度は0、pHは7(25℃)で固有の値(水の物性値)となります。水は極めていろいろの物質を溶解しやすい性質をもっているので、水の硬度は水に溶けているカルシウムイオンとマグネシウムイオンの濃度を示す値、水のpHは水に溶けている酸性物質や塩基性物質に由来するプロトン(水素原子から電子を除いたもの:水素イオン)濃度を示す言葉で、その酸性または塩基性物質の濃度を間接的に示す値です。つまり、「水の〇〇」という表現は、水に何かが溶け込んだ水溶液の性質を示す言葉であって、水自身の物性を示しているわけではありません。このことを注意しないと,水のニセ科学に騙される原因となってしまいます。例えば、水に光をあててpHが変化するという表現は正しくなく、25℃で温度変化がなければ水のpHは7です。もしpHが変化するのであれば、光をあてることにより間接的に何かしらの物質が溶け込んだと考えることが必要です。

同様に、「水のORP」は、水自身が酸化されたり還元されたりする電位をいっているのではなく、何かが溶けた水のORP、もっとストレートに言えば、水に溶けている物質のORPを示します。図1に水溶液の電位とその電位で起こる化学反応を示しました。化学反応を酸化還元反応(正確には半電池反応:次回に説明)と呼びます。水自身のORP(25℃)は1.23 V(水が酸化されて酸素になる電位)と-0.83 V(水が還元されて水素になる電位)です。この値は温度が25℃であれば変化することのない物性値です。酸化反応は電子を奪われる反応、還元反応は電子を奪う反応と定義されます。図1に示すように、前者の電位では水は酸化されるのでこの電位を水の酸化電位、後者では水が還元されるので水の還元電位と呼びます。別の言葉で言えば、図1において、-0.83〜1.23 Vの電位の間では,水自身は還元されたり酸化されたりすることなく水自身でいられるということになります。さて、水のORPは、例えば、2価の鉄イオンと3価の鉄イオンが1:1の割合で溶解する溶液の場合、1価の銅イオンと2価の銅イオンが同じく1:1で溶解する溶液の場合には、それぞれ0.77 Vや0.15 Vとなります。これはあくまでも鉄イオンや銅イオンの酸化還元電位を示していますが、この値を水のORPと呼んでいます。

図1 25℃における水の標準酸化還元電位と水溶液のORPの尺度およびその電位で起こる化学反応

もう少し、正確に説明します。溶液中に2価の鉄イオンと3価の鉄イオンのみ存在するとき、この溶液のORPは図2に示すネルンスト式で一義的に決まります。この式は少し難しいかもしれませんが、ドイツの化学および物理学者であるヴァルター・ネルンストが導いた式で、この式を含む熱化学の研究で1920年ノーベル化学賞を受賞しています。つまり、ネルンスト式は、2価の鉄イオンと3価の鉄イオンの電子のやり取りをしめす酸化還元反応(半電池反応という)と両者を含む水溶液に発生する電位(E)の関係を示したものです。ここで重要なことは、ORPは酸化体(3価の鉄イオン)と還元体(2価の鉄イオン)の濃度(正確には、濃度ではなく活量という)の比で決まることです。この比が1:1のとき、電位はEºとなり標準酸化還元電位と呼びます。実は、この標準酸化還元電位こそが物質の酸化還元能力の目安となる値です。

図2 酸化還元反応(半電池反応)とネルンスト式。ネルンスト式内のnは電子数、[A]はAの濃度を示す。
ヴァルター・ヘルマン・ネルンスト (1864〜1941年)ドイツの化学者

水のORPは、その溶液に溶け込んでいる物質の酸化体と還元体の濃度比により決まるもので、その水溶液の性質を表す尺度の一つであることが理解できたでしょうか。大事なことは、水のORPを論じるときには高いとか低いとかを問題にするだけでなく、実際に溶け込んでいて酸化や還元される物質が何であるかということが重要になります。特に、健康という視点に立てば、その物質の毒性は無視できないことになります。

次回は、実際にどのようにORPを測定し、その結果から水(正確には水溶液)の特性をどのように評価したらよいかについてお話ししたいと思います。





宇野文二 岐阜薬科大学機能分子学大講座薬品分析化学研究室・教授 岐阜大学大学院連合創薬医療情報研究科創薬専攻・教授(併)・研究科長補佐

昭和58年 岐阜薬科大学大学院修了。同年から岐阜薬科大学薬品分析化学研究室において有機電気化学の分子化学への応用を研究テーマにして、機能性分子創製と分子解析、協奏的なプトロン−電子移動反応を基礎とする生理活性に関する研究、高速液体クロマトグラフィー−質量分析計測システムの生命科学研究、臨床化学研究への応用、生体機能物質や環境汚染物質の超高感度蛍光および電気化学検出法の開発などを行なっています。分析化学は薬学などの生命科学の土台を支える重要な学問であることを意識し、基礎を意識した教育と研究に心掛けています。そんな基礎分野の視点に立って健康に役立つかもしれないお話しを書きたいと思います。

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