2010年06月21日 直饮水网
目前，关于水分子簇的大小（小分子团）与口感和健康的关系，已成为人们关注的热点话题，而且众说纷纭，为此笔者根据日本学者藤田纮一郎所著《水の健康学》一书中关于此话题的论述，编辑成此文，向广大读者介绍一下，国外学者的看法和观点，并希望从中有些收获。
水无论是固态（冰）、液态或气态，都具有多种不同的性质，而在熔点和沸点上的形态尤为特别。在化学领域中，元素周期表中的同族化合物呈现相似的性质，而水则例外，水的熔点和同系列的其他物质相比高得多。元素周期表中和氧相同的第16族元素氢化物，除水外的其他三种氢化物熔点值随分子量增大而上升，分子量
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最大的H2Te在常温下也是气体，只有水显示极高的熔点值。
从水的分子量为18这一数值考虑，它的熔点应在零下100℃，而实际上，水的熔点则为众所周知的0℃。沸点也是一样。从分子量推测水的沸点应为零下80℃，而实际则为100℃。
也就是说，水的分子量虽然仅为18。但它显示的熔点和沸点是更大的分子量化合物才具有的。这说明水不是分子量为18的物质。而是分子量为18的物质聚集在一起形成的集合体。
水分子的“集”(分子簇)的大小可用核磁共振(NMR)，设备测定出来。
为什么NMR可以测定水的分子簇呢?在这里需要做一些简要说明。
大概很少有人用磁石接近水。因为水是完全不带磁性的物质，靠近磁石也不会吸附或排斥。可是，这不过是水分子的性质。实际上，水的原子核能够感受外部磁性，并作出微弱的反应。水中的氢原子核就像地球一样自转，它本身就是一个小磁石。如果从外部施加磁场，这个小磁石就会以磁场的方向为轴，像陀螺一样开始转动。进行旋转运动的氢原子核在遇到电磁波时，以适应转速的周波数吸收电磁波，这叫做共鸣，这种现象被称为核磁共振，取英文“Nuclear Magnetic Resonance”开头字母简称为NMR。
二、水分子簇与口感
自古以来，日本的水被公认是比较可口的。当然，所谓可口与否是很难评价的，因为味觉因人而异。
另外，决定水的滋味的要素也很复杂，有时是水本身的滋味，而有时是水中溶解物的滋味。可是有一点可以肯定的是，冰水的口感比较好。因此可以说水的口感基本上是由温度决定的。
当然，水的口感除水温外还受矿物质含量的影响，这一内容在本文后面我会论述。在这里，我先就水温和口感之间的关系做一些说明。
水最可口的温度在13℃左右。如果是加热的水的话，70℃左右的口感比较好，35～45℃的口感较差。换句话说，接近人体温度的水不可口。
一般来说，可口的水实际上是“水分子簇小”的水。因为《“渺小的水”能救助你》(KK long sellers出版)的作者林秀光从免疫学的角度对水进行过研究。研究表明可口的水和有益健康的水都是核磁共振中测定的“分子簇小的水”。另外，最初用NMR测定水分子簇的日本电子公司的松下和弘也得出了相同的结论。
谷氨酸发酵可是，可口的水真的“分子簇小”吗?
我决定弄清水的分子簇是如何随着水温进行变化的。
因此我向我研究室附近的饮用水制造商借用了NMR设备。之后，研究室里运来了和人身高相仿的大设备。要研究可口的水，就需要和不可口的水做对比。我选择了极其接近理论上的纯水的超纯净水。这种水喝到嘴里的确没有味道，有一种稀薄的感觉。
首先，我调查了超纯净水的分子簇是如何随着温度而变化的。
20℃的超纯净水(抵抗率为18．3MΩ?cm)的分子簇值是60赫兹。随着水温下降，分子簇值变大。因为水温20℃时，分子簇值为60赫兹；而水温10℃时则为78赫兹；当水温下降到5℃，分子簇值增大到85赫兹。
相反，温度上升到30℃时，分子簇值下降到50赫兹；40℃时下降到40赫兹；而70℃时仅为25赫兹，由此可见，分子簇值是随着温度上升而变小。
其次，我测定了向大学研究室供水的文京区自来水的分子簇值。其测定结果和超纯净水的测定结果一样，结论就是随着水温的下降分子簇值明显增大。
羟基自由基如图所示，30℃的自来水分子簇值为105赫兹；20℃为140赫兹；而10℃时上升到175赫兹。
图 随着自来水的温度上升。水的分子簇值变小
分子簇值随着温度的上升而变小。也就是说，从水温来看，“分子簇大的水”更可口。
三、水分子簇与健康
综合以上实验结果，我们得出的结论是可口的水分子簇大。那么，什么样的水有利于健康呢?
我所就职的大学研究所位于东京都文京区汤岛，我采集了附近的10种水，将这些水分别注入直径2微米的细玻璃管，用NMR测定其水分子簇值。
我首先准备好文京区自来水，这是从朝霞净水厂配送的。其次准备了煮沸后冷却的自来水，此外还准备了强烈核磁共振之后的自来水。作为这些自来水的对照物，我采用的是江东区自来水，这是从金町净水厂配送的。我还预备了在实验室蒸馏过的文京区自来水，做另一项对照物。
我选用流经大学校园前的神田川水和上野的不忍池水作为有害健康的水的代表。不忍池的水呈黄绿，浮游微生物多，散发霉味。神田川的水比我想象的干净一些，但也有腥味和霉味。同时，我选 用了釜石矿山地下涌出的“仙人秘水”和法国产矿泉水“矿翠” (Contrex)作为有益健康的水的代表。两者都没有进行加热处理，是纯天然的矿泉水，我还准备了伊豆天城山的泉水，这泉水流经伊豆山中我的工作室附近 我用NMR对以上10种水的分子簇进行检测。
其结果如表1所示，文京区自来水经过强烈核磁共振后水分子簇略变小。而将自来水煮沸或蒸馏后，分子簇明显变小。两者的分子簇数目皆为原先数值的一半以下。
表1 10种水和水的分子簇值（赫兹）
那么，极其污浊，甚至饮用后会生病的神田川水和不忍池水的分子簇如何呢?令人吃惊的是，神田川水的分子簇值为144赫兹，高于文京区自来水，而和江东区的自来水几乎等值。
最让人感到意外的是，不忍池的水分子簇非常低，仅为61赫兹。但是由于水中存在高浓度
有机物，水的分子簇被分割得更小。
分子簇小的水未必都对健康有益，这一结论由以上的试验得到了证实。
那么，口感又好又利于健康的矿泉水的分子簇如何呢？“仙人秘水”的分子簇值为135赫兹，“矿翠”为138赫兹，伊豆天城山的泉水为145赫兹，它们最大的共通性就是分子簇较大。
四、矿泉水的分子簇
我将到目前为止所做的实验结果总结如下：
首先，水受到加热至沸腾或降温至结冰的物理影响时，其分子簇会随之变化。
其次，污浊的水中水分子簇也小。
再次，口感好又有利于健康的水，其分子簇都偏大。
水火箭制作方法为了进一步证实上述结果，我们对日本和国外的矿泉水分子簇值逐个进行了检测。首先，
被公认为口感好的“雾岛裂罅水”的分子簇值为140赫兹。这种水和前面提到的“仙人秘水”一样，是日本国内少有的非加热处理的矿泉水。“仙人秘水”的分子簇值接近1 35赫兹。其次就是“六甲之味美水”，其水分子簇值为130赫兹。
经过加热处理的日本产矿泉水中，分子簇最大的水是“大清水源水”，数值为118赫兹；而“屋久岛绳文水”则为110赫兹。在100赫兹以下的矿泉水也有很多。分别是“卡穆伊瓦卡大饮”88赫兹；“摩周之雾水”75赫兹；“龙泉洞地底湖水”70赫兹；“谷川连峰之源水大清水”70赫兹；“六甲山之名水”65赫兹。
同样是：“大清水”，“大清水源水”和“谷川连峰之源水大清水”的水分子簇存在很大差异。而同样是神户六甲山系的水，“六甲之味美水”和“六甲之名水”的分子簇值也大不一样。这个实验结果让人觉得非常不可思议。
上述实验已经证实，经过加热处理后，水的分子簇显著变小，因此可以推断分子簇较小的矿泉水中原先的分子簇可能更大。
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外国产矿泉水的一大持点是不经过加热处理，矿物成分多，硬度偏高。因此，其矿泉水的分子簇也较大。
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表2 日本产和外国产的矿泉水分子簇值(赫兹)
检测得出的结果正如我预测的一样。分子簇最大的是法国矿泉水“Volvic”146赫兹；其次是“矿翠”138赫兹；再次是依云126赫兹；分子簇稍小的是“Vittel”95赫兹(见表2)。
综上所述，从分子簇模型来看，既可口又有益健康的矿泉水的分子簇都比较大。
综合考虑以上实验结果表明，水的分子簇并不是越小越好，也就是说水的口感和健康因素与分子簇的大小无关。
但是不能否认的是水的分子簇的大小决定着水的某些性质。但是我认为在现阶段，还不能将分子簇作为水质分析的唯一指标。
最后补充一点，分子簇的大小和结构是否真正决定水的口感?这是我们的研究没能明确解答的问题。因为我们进行的关于水结构的研究，就好像盲人摸象，摸到的是大象身体的各个部分，而大象的全貌尚未弄清。我们期待能在不久的将来看到水结构的真正面貌。
拓展阅读
关于水的结构与分子团簇
众所周知，水是由氢和氧两种元素组成的。水的最简单化学式为H2O，是由一个氧原子与两个氢原子以共价键连接而成。它是一种独特的液体。
通过X射线对水的晶体（冰）结构的测定，O–H键角为104.50°,通过对水蒸气分子的测定O–H距离为0.096nm。H–H距离为0.154nm, 1916年Burt和Edgar精确测定了H2和O2化合成水的体积，并用密度数据算得H和O重量比为H︰O=1.0077︰8.0000，从而准确获悉水的分子式是H2O。
水是一种极性很强的分子，由于水分子中裸露的H原子核与相邻水分子中电负性较大的氧原子上的孤对电子之间存在静电吸引而形成氢链，氢链使若干水分子相互缔合形成水的团簇（water cluster）。因此，水除以单分子形式存在外，还可存在缔合度大小不等的各种水分子簇。近年来的大量研究表明，在自然条件下水主要是以分子簇的形式存在。根据热力学计算，如果水是以单个分子形式存在，熔点就应该是 —110℃，而沸点为 —85℃，但实际上水的熔点是0℃，沸点是100℃。物质具有熔点、沸点随相对分子质量增大而升高的性质，这表明水并不是以单个分子形式存在，而是以水分子簇的形式存在，也就是说单个
水分子在氢键作用下，水分子之间相互缔合成由几个、十几个甚至几十个水分子构成的分子集团。可以认为，液体水是由水分子、分子簇以及由水的微弱离解生成的氢离子和氢氧根离子组成的一种多相液态结构。
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