ORPが低い水は体に良い水?(2) ORPの値を求める方法と注意すべきこと 2018/8/23

今年の暑さは例年以上に厳しいようですが、如何がお過ごしでしょうか。私たちが子供の頃には、遠足のような特別の日以外に水筒(500 mLのペットボトル飲料の登場は1996年)を持ち歩く習慣はなく、運動の休憩時間には水道の蛇口から直接水を飲むことが多かったことを思い出します。そのような光景を目にしなくなったのは、水道水が美味しくないからでしょうか、水道水の安全への懸念からでしょうか。

実は、水道水の水質は、水道法によって51項目もの基準値が定められており、ミネラルウォーターに対して食品衛生法に定める項目数や基準値よりもはるかに厳しく規制されています.その意味では、ミネラルウォーターの安全性は飲料メーカーの衛生管理に委ねられているといえます.もちろんですが水道法や食品衛生法に水のORP値の基準はありません。

さて、水のORPの測定について解説します。電位の測定は、高校時代に習った電池の起電力の測定と同じです。図3は単純な電池の構成、電池が機能するための反応式、起電力を示しました。

図3 電池の構成図とその起電力

電池は、酸化体と還元体の混合溶液(電解液)を2種類準備し、両者を塩橋(両者の溶液は交じり合わないが、水素イオンや水酸化物イオンのような小さなイオンは通すもの)で隔て、それぞれに白金などの金属を浸したものです。

塩橋で隔てられた2つの部分は半電池と呼ばれ、文字どおり電池の半分を意味します。その中で起こる電子のやり取り(酸化還元反応)をこれにちなんで半電池反応とか半反応と呼びます。図3の例では、左側の半電池では2価の鉄イオンと3価の鉄イオンの電子のやり取り、左側の半電池では1価の銅イオンと2価の銅イオンの電子のやり取りが起こります。

反応式は図3の(3)に示しています。前回にお話ししたように、半電池反応の電位は、図3の(4)に示したネルンスト式で表すことができました。また、電池の起電力は、半電池の電位E1とE2の差で、単位はVとなります。本来、Vは電位差の単位です。

「電位」は「高さ」と同じで、基準がないと測定できないものです。例えば、富士山の高さを聞かれたら、3,776 mと答えるでしょう。東京タワーの高さは333 mです。でも、前者は平均海面を基準とした高さ(標高)、後者は建物の立っている土地を基準とした高さで、基準が異なっています。

同様に、電位も電池の起電力(電位差)として測定するので、例えば、図3の左側の半電池(3価の鉄イオン2価の鉄イオンの混液)の電位を求めようとすると、基準となる右側の半電池(基準電極)が必要になります。実際の測定では、基準電極に図3のような銅イオンの溶液を用いることはなく、市販の安定な基準電極が用いられます。そこで、どんな基準電極を用いて電位を測定したかにより、基準が異なってしまいます。

化学の国際的な取り決めでは、電位の単位は標準水素電極(水素ガスと水素イオンの混液から成る半電池:SHE)を基準としてV単位で記載し、それ以外の基準電極を用いた場合は単にVとすることなく基準を明記した単位を用いることとしています。現在、市販の電位測定計でSHEを用いているものはありません。多くは銀―塩化銀電極を基準電極として内蔵しているので、測定値の単位は単にVではなくV vs Ag/AgClと記載すべきです。さもないと電位の値を比較するとき混乱してしまいます。教科書等の科学書に使われている電位の値はVとなっていますが、取り決め通りV vs NHEの略です。

次に、電位の値について考えてみたいと思います。ネルンスト式から分かるように、図3の塩橋を挟んだ左側の溶液の電位E1を決めているのは、Eºと3価の鉄イオンと2価の鉄イオンの濃度です。Eºは標準酸化還元電位と呼ばれ、3価の鉄イオンと2価の鉄イオンが同濃度のときの電位に相当し、半電池反応に固有となります。つまり、Eºは半電池の電位の大方の目安となるものです。

いろいろの物質について標準酸化還元電位が求められています。その半電池反応と標準酸化還元電位を表1に示しました。単位は先ほど述べたように、V vs SHEです。単にVと記載しても結構です。水素の半電池反応の電位が0(表1右段↓7)であるのは、真にV vs SHEだからです。この値を見ると、溶けている物質の水溶液の電位を予想することが出来ます。

もちろんこの表に無い物質もありますが、大切なことは水の電位が観測されるということは、何かしらの物質が溶けているということです。決して水の能力が変わったわけでもなく、溶けている物質により示される性質(正確には酸化または還元反応を起こす能力)を示すものです。

表1 いろいろの物質の半電池反応とその標準酸化還元電位

以上、今回は電位の測定は電池の起電力(両極の電位差)の測定と同じであること、そのとき使用する基準となる基準電極の種類により単位つまり値が異なることをお話ししました。必ず同じ単位の値のみが比較の対象となります。

最近、市販の銀/塩化銀電極を用いて測定された値が〇〇Vとして報告されていますが、比較するときには必ず確認が必要です。また、電位が発生する溶液には、電子のやり取りをすることができる物質が溶けているという認識が重要です。このことをよく理解してほしいと思います。次回は、電位のことなる水溶液の性質を解析し、水のORP値が高いまたは低いことの意味や意義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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