关于空气负离子概述和产生办法

 

1.负离子常识

1. 负离子的历史

空气是由无数分子组成，由于自然界的宇宙射线、紫外线、土壤和空气放射线的影响，有些空气分子就释放出电子，在通常的大气压下，被释放出的电子很快又和空气中的中性分子结合，而成为负离子，或称为阴离子。负离子是空气中一种带负电荷的气体离子，有人把负离子称为"空气维生素"，并认为它像食物的维生素一样，对人体及其他生物的生命活动有着十分重要的影响，有的甚至认为空气负离子与长寿有关，称它为"长寿素"。

早在十八世纪的物理学家库仑实验发现，绝缘的金属导体所带的电荷会在大气中消失。物理学家伦琴和贝克勒尔研究发现，电解质溶液中的气体带有正极性或负极性的电荷微粒，由于这些带电微粒的存在，使气体具有导电的性能。物理学家艾斯特尔、盖特勒和威尔逊也用大气导电性的理论对库仑的实验结果作出解释。这种空气中的导电微粒，被物理学家法拉第称之为“离子”，“空气离子”因而得名。当今人们一般常说环境中的“负离子”或“正离子”，即是不同极性的“大气离子”或“空气离子”。自此人们对空气负离子的研究经历了近百年的发展、应用阶段。

负离子的应用是人类在十九世纪的事，第一个国际学术会上证明负离子对人体有功效的是德国物理学家菲利浦莱昂纳博士，他认为地球自然环境对人类健康有益的负离子最多的地方是瀑布周围，一九三 O 年前苏联学者发表了用空气负离子治疗疾病的论文，美国也发表了负离子统计数据， 21 世纪大气中正离子与负离子比例为 1.2 ： 1 。现代社会发展已破坏了自然界中离子的平衡,1930年美国 DESSAVER,提出负离子会使人产生安宁的感觉、和改善健康环境的见解。

在我国,解放区战地医院曾采用了空气雾疗法,20世纪50年代有关文献中出现了空气负离子的内容,20世纪70年代由于电子工业的蓬勃发展,研制出多种空气离子发生器和大气离子测量仪,这些仪器的问世奠定了我国空气负离子研究的物质基础。此后,空气负离子的研究在我国经历了20世纪80年代初和90年代初两个高潮。

1. 空气离子的基本概念

空气中带正电荷或负电荷的微粒（如氧分子）称为空气离子（如氧离子）。一个负氧离子所带的电荷与一个电子的电荷相等。元素的原子由原子核（包括质子和中子）和电子组成，电子围绕原子核旋转。原子核中的质子呈正极性，中子呈中性，电子呈负极性。在通常情况下，电子的负电荷和质子的正电荷相等，两者平衡使原子的总电荷量为0。

当空气分子受到外界条件如电离剂的作用后,获得足够的能量,而使原子核外围的电子摆脱原子核的束缚而跃出轨道变成自由电子,使失去电子的中性分子或原子变成带正电荷的离子，我们称之为“正离子”；而跃出的自由电子很快地附着在某些气体分子或原子(特别容易附着在氧分子或水分子上), 呈现负极性，我们称之为“负离子”或“空气负离子”(Aeroanion，简称为anion)。因此,空气负离子就是带负电荷的单个气体分子和轻离子团的总称。

1.3.自然界中的负离子

自然界中小的空气离子在宇宙外来射线、地球物质的放射性、雷电、风暴、瀑布、海浪的冲击下不断产生。空气的正、负离子，按其迁移率大小可分为大、中、小离子。离子迁移率大于0.4平方厘米/伏特·秒为小离子，小于0.04平方厘米/伏特·秒为大离子，介于两者之间则为中离子。接近分子大小的荷电原子团或分子团，都属于小的空气离子。这些小的空气离子具有高的运动速度，在大气中互相碰撞，又不断聚集，形成大离子或中离子。

通常，空气中的各种气体分子都很稳定，呈中性，即不带电。然而，由于自然界的 宇宙射线、紫外线以及雷电、风浪、植物等的作用，会导致周围空气电离，形成正、 负离子，一般认为： O2 – （ H2O ） n ，或 OH – （ H2O ） n, 或 CO4 – ( H2O)2[2] 。 但负离子的寿命很短，在清洁的空气中只有几分钟，而在污浊的环境里 仅有几秒钟，甚至更短，负离子没有毒副作用。空气负（正）离子实质上就是带负（ 正）电荷的空气粒子。它是空气中的氧分子结合了自由电子而形成的。科学家在对 空气品质分析过程中 , 发现在森林 , 瀑布 , 高山，草原及海边这些感觉特别清新的 地方含有大量的负 （正） 离子。

只有小离子、或称之为小离子团的才能进入生物体。而其中的小负氧离子、或称之为小负氧离子团，则有良好的生物活性。在大气环境中，空气分子浓度为2.7×1019个／cm3，其中小离子浓度仅为102～103个/cm3，但它们却以自身微小的粒子、正或负的电荷、高生物活性影响着大气环境的质量，以至整个地球生态平衡。

负离子在不同的环境下存在的“寿命”不等。在洁净空气中，负离子的寿命有几分钟，而在灰尘多的环境中仅有几秒钟。在特定的环境下，小的空气离子在不断产生，又不断衰减，而维持在一定的浓度范围内，正、负离子数字的比例亦维持在一个平衡常数。 

根据国外某文献资料报告，二十世纪初期，地球大气中正负离子的比例为 1：1.2 ，而现代地球大气中正负离子的比例为 1.2：1。仅仅相隔一个世纪，地球大气的正负离子平衡状态发生了逆转的变化，现在的我们的生存环境已经被浓厚的正离子团团围住。我们必须在现代社会活动中遏制和预防正离子的发生量，采取积极有效的措施增加大气环境中的负离子的比例，使我们人类赖以生存的环境条件得到改善。

1.4.人类对空气负离子的感受

在自然界中，大气离子虽然看不见摸不着，但人们却可以感受到负离子的存在。雷电过后，因为电击在空气中产生了大量的负离子，野外的空气会格外清新；在海洋中除了雷电，海浪频繁的涌动也会产生大量的负离子，被海风带到海边，海边空气会令人心旷神怡。相反，大气中过多的正离子会引起失眠、头疼、心烦、血压升高等反应。例如在狂风飞沙之日，在人群密集、空气污浊的场所，空气正离子数量骤增，会给人以心烦意乱，头疼疲乏之感。

因此，负离子浓度的高低与人们的健康息息相关，人们时刻需要负离子，尤其在污染日益严重的今天。

1. 空气负离子的产生

2.1.自然界中空气负离子的产生

空气是由氧、氮、水蒸气、二氧化碳等多种气体组成的气体混合物，在正常情况下，气体分子及原子内的正负电荷相等，呈现中性。但在宇宙射线、太阳光线、电磁波、岩石和土壤的射线、海浪、瀑布以及各种气象活动所产生的能量作用下，气体分子中某些原子的外层电子会离开轨道，成为自由电子，呈负电极性，而失去一些电子的原子呈正电极性，这一现象称为“空气的电离”。游离的自由电子又会与其它中性的分子相结合，使得到多余电子的气体分子呈负电极性，被称为“空气负离子”。 组成空气的各种气体分子之中，氧气和二氧化碳分子“捕获”自由电子的能力较强，而氧气在空气中所占的比例较大，因此空气电离产生的自由电子大部

分被氧气分子“捕获”，形成负氧离子，这就是通常所说的“负离子”。 其产生原理如下：

当空气和其它特定环境中存在能发射负离子条件的地方就会使大气中（ O 2 、 N 2 、 C02 、 S02 、 H20 ）中的电子 e 释放出来，它与 C02 、 H20 反应如下： 

H20+e ←→ 02 （ H20 ） m 

C02+e ←→ C04 （ H20 ） m 

C04+ （ H20 ） 2+H2 ←→ 02 （ H20 ） m+ C02 

从而产生负离子。

2.2.人工条件下产生负离子的方法

产生负离子主要方法是使空气人工“电离”，从空气分子或原子夺取一部分电子，与其他的中性分子或原子结合形成新的负离子。常用发生负离子的人工方法有如下几种：

1.Lenard效应（瀑布效应）：利用人工水流、瀑布、喷泉、波浪的撞击力使水分子电离，产生负离子。

2.电晕放电：利用高压电极的电晕放电作用使空气中的水分子电离，产生负离子。

3.加热、挤压、摩擦：利用电热或人体对保健用品的挤压摩擦使空气中的水分子电离，产生负离子。

4.天然矿物材料：利用电气石或其他负离子矿物材料的天然能量激发空气电离产生负离子。这种方法不需要外加的机械、热量或电能，是一种最经济实用的无源负离子发生器。

5.负离子激励剂：利用光线或紫外线照射 光触媒材料、或者利用天然矿物励起剂，激发能量使空气中的水分子电离，产生负离子。 

2.2.1. 电晕放电

电晕放电是借助将充分高的电压施加于一对电极上,其中高压负电极连接在一根极细的针状导线或具有很小曲率的其它导体上。在放电极附近的强电场区域内,气体中原有的少量自由电子被加速到某一很高的速度,足以碰撞气体分子,并电离出新的自由电子和正离子,新的自由电子又被加速产生进一步的碰撞电离。这个过程在极短的瞬间重复了很多次,于是形成了“电子雪崩”的积累过程,在放电极附近的电晕区内产生大量的自由电子和正离子,其中正离子被加速引向负极,释放电荷。而在电晕外区,则形成大量的空气负离子。 
     电晕放电虽然能够产生大量的空气负离子,但同时也会产生较多的臭氧。近年来,随着空气负离子发生技术的不断进步,出现了以导电纤维和加热式电晕作为电极的空气负离子发生技术,可以使起晕电压降低,从而提高空气负离子的发生浓度,减少了臭氧的产生。

2.2.2. 水发生

利用动力设备和高压喷头将水从容器中雾化喷出,雾化后的水滴以气溶胶形式带负电而成为空气负离子。其产生空气负离子的浓度取决于水的雾化状况,一般可达104~105个/cm3。水发生型空气负离子发生器具有不产生有害气体的优点,但设备结构较为复杂、成本较高、使用环境的湿度较大。

2.2.3放射发生

　   利用放射性物质或紫外线电离空气产生空气负离子,其特点是设备简单,产生空气负离子浓度较高,但需要有特殊的防辐射措施,使用不当会对人体产生极大的危害,因此在一般情况下不宜使用。

3.负离子的功效

空气中正离子多为矿物离子、氮离子等，负离子多为氧离子和水合羟基离子等。空气分子在高压或强射线的作用下被电离所产生的自由电子大部分被氧气所获得，因而，常常把空气负离子统称为“负氧离子”。空气中的小负氧离子、或称之为小负氧离子团，具有良好的生物活性。

正离子会从其它元素的原子夺取稳定的电子，产生氧化作用。反之，负离子会把电子给与其他元素的原子使之性能稳定，产生还原作用。氧化作用会使金属腐蚀、身体老化、食品腐败，而还原作用会防止金属的氧化腐蚀、帮助身体元气的恢复、延长食物的保鲜时间。

小的负氧离子团对人体的作用，它主要是通过肺部呼吸的途径，可加速呼吸道上皮纤毛运动，体液进入血液后，放出电荷，作用于细胞、蛋白质，反射刺激内感受器官，通过神经系统传导，作用于大脑中枢神经及植物神经系统，直到影响神经机能。

负氧离子被吸入人体后，能调节神经中枢的兴奋状态，改善肺的换气功能，改善血液循环，促进新陈代谢、增强免疫系统能力、使人精神振奋、提高工作效率等等。它还对高血压、气喘、流感、失眠、关节炎等许多疾病有一定的治疗作用。

在正离子过多的空气中，会使人有头痛、晕眩、想吐、焦躁等症状。空气中负离子含量增加，一则可以杀死空气中的细菌，避免感染疾病，二则可以净化空气，三则促进体内纤毛性运动，易于排除呼吸道及体内的过敏原，避免疾病的感染。