水也有輕重之分嗎？當(dāng)然，平日里我們所喝的水就是“輕水"，而與之相對(duì)的則是“重水"。

什么是重水呢？

顧名思義，就是比普通的水要重，我們?nèi)粘Ｋ嬘玫妮p水的分子質(zhì)量為18.0153，而重水的分子質(zhì)量為20.0275。重水“重"在哪里？問(wèn)題就出在氫上。

自然界中一共有3種氫，分別為氕、氘、氚，它們互為彼此的同位素。它們都含有一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)核外電子，而最大的區(qū)別就在質(zhì)量上，氕的質(zhì)量是最小，其次是氘，氚最重。之所以質(zhì)量不同，是因?yàn)樗鼈兊脑雍瞬煌?，氕的原子核?nèi)只有1個(gè)質(zhì)子，沒(méi)有中子，氘核則由1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)中子構(gòu)成，而最重的氚核內(nèi)有1個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子。

普通的水由2個(gè)氕原子和1個(gè)氧原子構(gòu)成，而重水則由2個(gè)氘原子和1個(gè)氧原子構(gòu)成，因此重水其實(shí)“重"在了氫上。

一提到重水，人們常常把它與核電站聯(lián)系起來(lái)。沒(méi)錯(cuò)，重水確實(shí)是核電站常用的中子減速劑，減小中子速度，控制核裂變過(guò)程，也是冷卻劑。

另外，在醫(yī)學(xué)中，重水被用作放射示蹤劑，用于可視化和測(cè)量生理活動(dòng)的變化，包括血流、化學(xué)吸附、代謝等。在光譜學(xué)中，如果氫是標(biāo)記核素，那么將使用氧化氘作為溶劑，而不是普通水，因?yàn)槠胀ㄋ畷?huì)干擾氫溶質(zhì)分子的信號(hào)。

與普通水相比，重水的密度是普通水的10.6倍，粘度更高。此外，作為一種始終穩(wěn)定且非放射性的同位素形式的水，氧化氘在少量情況下對(duì)人體無(wú)毒且安全。

由于這些特別的性質(zhì)和用途，對(duì)重水的需求很高。但是普通水中重水的含量每6000份普通水中只有一份，并且難以分離，傳統(tǒng)的重水生產(chǎn)工藝能源密集且成本高昂。重水的價(jià)格可以高達(dá)每千克0.5美元至1美元，取決于所需純度。

一種新型的重水生產(chǎn)方法

傳統(tǒng)上，重水是通過(guò)水電解、化學(xué)交換或普通水的分餾來(lái)生產(chǎn)。生產(chǎn)重水具有成本效益的工藝是Girdler 硫化物工藝，但這些分離程序存在著選擇性低和能源需求高的問(wèn)題。2022年，華南理工大學(xué)發(fā)光材料與器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室顧成研究員與京都大學(xué)SusumuKitagawa教授合作報(bào)告了通過(guò)構(gòu)建兩種多孔配位聚合物（PCPs，或MOF）在室溫下有效生產(chǎn)氧化氘的方法。

1.在研究中，氦氣以10 SCCM 流速在常壓下通入D2O和H2O的混合物中，以便用質(zhì)量檢測(cè)儀分析水蒸氣，以確定重水與普通水的初始比例。

2.在此步驟之后，將PCPs在真空室中激活，溫度為393K，持續(xù)10小時(shí)，去除PCPs中的任何殘留水分。

3.當(dāng)溫度降至298K，將氦氣注入水中形成蒸汽。

4.停止氣泡，并使氦氣流動(dòng)以除去水蒸汽，然后將其帶到質(zhì)量檢測(cè)儀以確認(rèn)重水與普通水的分離。

新型重水生產(chǎn)方法的流量調(diào)節(jié)

顯而易見(jiàn)，在重水的制備整個(gè)過(guò)程中都需要保持高精度和高重復(fù)性的氦氣流量。此外，由于存在水蒸氣，Alicat MCS系列和CODA KC系列均可提供理想解決方案：

MCS耐腐蝕系列質(zhì)量流量控制器

l 0.5 SCCM至5,000 SLPM，調(diào)節(jié)比范圍 1%- 100%

l NIST可溯源精度高達(dá) ±0.4% 讀數(shù) 或±0.2% 滿量程

l 重復(fù)性為±0.2%滿量程

l 控制響應(yīng)時(shí)間快達(dá)30毫秒

l 模擬、串行和工業(yè)協(xié)議多種通信選項(xiàng)

CODA KC系列科里奧利流量控制器

l 40 g/h 至100 kg/h ，調(diào)節(jié)比范圍 2%-100%

l NIST可溯源精度高達(dá) ±0.5% 讀數(shù)或 ±0.05% 滿量程，以較大值為準(zhǔn)

l 重復(fù)性為±0.05% 讀數(shù)+ 0.025% 滿量程

l 控制響應(yīng)時(shí)間快達(dá)500毫秒

l 串行和工業(yè)協(xié)議多種通信選項(xiàng)