負(fù)離子檢測儀之：空氣負(fù)離子的認(rèn)識和評價(jià)體系

自英國學(xué)者威爾遜（Wilson）與法國學(xué)者埃爾斯特（Elster）和格特爾（Geitel）證實(shí)空氣負(fù)離子的存在，人們對空氣負(fù)離子的研究經(jīng)歷了近百年的發(fā)展、應(yīng)用階段。伴隨研究的深入，有關(guān)負(fù)離子的各種功能被發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，這其中大部分是對人體健康十分有益的。因此空氣負(fù)離子被譽(yù)為“空氣維生素和生長素”，空氣負(fù)離子濃度水平也成為評價(jià)旅游環(huán)境空氣清潔程度的重要指標(biāo)。

那么，什么是空氣負(fù)離子？它們是怎么來的呢？下面，我們就帶大家來認(rèn)識這位神秘的“健康先生”。

l  負(fù)離子的成因

我們知道，大氣是由氧、氮、水蒸氣、二氧化碳等多種氣體組成的氣體混合物，在正常情況下，氣體分子及原子內(nèi)的正負(fù)電荷相等，呈現(xiàn)中性。但在宇宙射線、太陽光線、電磁波、巖石和土壤的射線、海浪、瀑布的剪切作用以及各種氣象活動(dòng)所產(chǎn)生的能量作用下，氣體分子中某些原子的外層電子會離開軌道，成為自由電子，呈負(fù)電極性，而失去一些電子的原子呈正電極性，這一現(xiàn)象稱為“空氣的電離”。游離的自由電子又會與其它中性的分子相結(jié)合，使得到多余電子的氣體分子呈負(fù)電極性，被稱為“大氣負(fù)離子”或“空氣負(fù)離子”。失去電子的氣體分子則成為空氣正離子。若干個(gè)帶電分子形成的帶電分子團(tuán),就被稱為小離子（粒徑為幾納米）；小離子碰到小的氣溶膠，則輕易形成中離子（粒徑為幾十納米）；假如氣溶膠的體積較大，則形成大離子（粒徑為幾百納米）。氧氣、二氧化碳和水分子“捕捉”自由電子的能力較強(qiáng)，而氧氣和水在空氣中所占的比例較大，因此空氣中的自由電子大部分被氧氣分子和水分子“捕捉”而形成帶氧原子的負(fù)離子，因子負(fù)離子也就習(xí)慣地被稱為“負(fù)氧離子”。

負(fù)離子的形成機(jī)理

l  負(fù)離對健康的功效

空氣負(fù)離子能還原來自大氣的污染物質(zhì)、氮氧化物、香煙等產(chǎn)生的活性氧（氧自由基）、減少過多活性氧對人體的危害；中和帶正電的空氣飄塵無電荷后沉降，使空氣得到凈化。在醫(yī)學(xué)界，負(fù)離子被確認(rèn)是具有殺滅病菌及凈化空氣的有效手段。其機(jī)理主要在于負(fù)離子與細(xì)菌結(jié)合后，使細(xì)菌產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的改變或能量的轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致細(xì)菌死亡，最終降沉于地面。醫(yī)學(xué)研究表明，空氣中帶負(fù)電的微粒使血中含氧量增加，有利于血氧輸送、吸收和利用，具有促進(jìn)人體新陳代謝，提高人體免疫能力，增強(qiáng)人體肌能，調(diào)節(jié)肌體功能平衡的作用。據(jù)考證，負(fù)離子對人體7個(gè)系統(tǒng)，近30多種疾病具有抑制、緩解和輔助治療作用，尤其對人體的保健作用更為明顯。

負(fù)離子對人體健康的益處

在所有負(fù)離子中，特別是小粒徑負(fù)離子對人體健康大有益處。這是因?yàn)?，小?fù)離子體積小，活性高，可以通過呼吸或直接通過皮膚進(jìn)入人體，它能調(diào)節(jié)神經(jīng)中樞的興奮狀態(tài)，改善肺的換氣功能，改善血液循環(huán)，促進(jìn)新陳代謝、增強(qiáng)免疫系統(tǒng)能力、使人精神振奮、進(jìn)步工作效率等等。它還對高血壓、氣喘、流感、失眠、關(guān)節(jié)炎等很多疾病有一定的治療作用，正因?yàn)樗闹T多功能，才讓空氣負(fù)離子有“空氣中的維生素” “ 空氣維他命”“長壽素”等諸多美稱。

另外，負(fù)離子對正離子的中和作用，可以產(chǎn)生除臭、除塵、防腐、抗菌、保鮮、煙霧和甲醛的分解、空氣凈化的效果。同樣，空氣中的塵埃等也會吸附小粒徑負(fù)離子，因此空氣中PM2.5細(xì)顆粒物等含量較高時(shí)，會降低空氣中負(fù)離子的濃度。所以空氣中小負(fù)離子的濃度也反映了大氣質(zhì)量的優(yōu)劣程度。

l  負(fù)離子的種類區(qū)分及計(jì)量方式

從上面的介紹中，我們知道負(fù)離子有小粒徑負(fù)離子、 中粒徑負(fù)離子和大粒徑負(fù)離子的區(qū)別，那么，它們是如何進(jìn)行區(qū)分的呢。

在專業(yè)上我們用離子遷移率K來表示負(fù)離子的粒徑大小, 而K值與粒徑大小成反比。離子遷移率K（單位：cm2 / V?sec）表達(dá)了離子運(yùn)動(dòng)速度的快慢程度。即電場強(qiáng)度E=1V / cm時(shí), 離子移動(dòng)的速率(單位為cm / sec) ，其同樣也就表示了離子體積的大小。由于在同一電場強(qiáng)度下，相應(yīng)的離子體積越大，其運(yùn)行速度越慢，相反體積越小的離子運(yùn)行速度越快。因此，離子遷移率K值越大，就表示離子體積越小，K值越小，表示離子體積越大。我們通常指的小粒徑負(fù)離子是指離子遷移率K≥0.4的負(fù)離子。

對于負(fù)離子的濃度計(jì)量，目前國際上比較流行的負(fù)離子濃度計(jì)量單位是每立方厘米空間的負(fù)離子個(gè)數(shù), 即：個(gè)/cm3或 ions/c.c., 而我們國家目前采用的是：個(gè)/cm3。

l  負(fù)離子檢測

空氣離子測量儀是測量空氣負(fù)離子的專用儀器,它可以測量空氣離了的濃度,分辨離子正負(fù)極性,并可依離子遷移率的不同來分辨被測離子的大小。一般采用電容式收集器收集空氣離子所攜帶的電荷,并通過一個(gè)微電流計(jì)測量這些電荷所形成的電流。測量儀主要包括極化電源、離子收集器、微電流放大器和直流供電電源四部分。

目前，市場上銷售的空氣負(fù)離子檢測儀根據(jù)內(nèi)部離子收集器的結(jié)構(gòu)不同,主流負(fù)離子檢測儀可以劃分為平行板式和冷凝管式/雙重圓筒軸式兩種類型。

1)     平行電板式負(fù)離子檢測儀

平行電板式離子檢測儀是目前低端空氣離子檢測儀比較常用的一種方法。其檢測原理為：對一組相互平等的極化電板施加恒定電壓，然后通過后端風(fēng)扇，將空氣通過電板吸入，空氣流經(jīng)平板之間時(shí)，空氣中的正、負(fù)離子受電板之間電壓形成的扭力影響，按照不同的極性分別被對應(yīng)的電板吸附，吸附到電板上的離子會造成電板電壓的微波改變，這種改變被記錄，從而可以換算出采集到的離子數(shù)量，并可以區(qū)分離子的極性。

平行電板式空氣負(fù)離子檢測儀的檢測原理

這種檢測儀技術(shù)上比較成熟，造價(jià)成本也比較低，但是易受外部環(huán)境影響，另外這種結(jié)構(gòu)自身的弱點(diǎn)容易導(dǎo)致電解邊緣效應(yīng)，容易造成氣流湍流，造成檢測結(jié)果偏移較大。

平行電板式原理的空氣負(fù)離子檢測儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

采用平行電板技術(shù)的 日本KEC-900 空氣負(fù)離子檢測儀

2)     冷凝管式/雙重圓筒軸式

雙重圓筒軸式（冷凝管式）空氣負(fù)離子檢測儀是一種成熟、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的空氣離子檢測設(shè)備，目前中空氣離子檢測儀基本采用這種結(jié)構(gòu)。雙重圓筒軸式整體結(jié)構(gòu)由3個(gè)同心圓筒組成，外圍筒身及內(nèi)軸為電極并施加恒定電壓，圓筒后方有一個(gè)吸氣風(fēng)扇。啟動(dòng)風(fēng)扇時(shí)，空氣經(jīng)圓筒被吸入，當(dāng)空氣中的正、負(fù)離子流經(jīng)圓筒時(shí)，受圓筒電壓形成的扭力影響會被吸附到不同極性的圓筒上并產(chǎn)生放電，這些放電信號被記錄，從而計(jì)算出空氣中正、負(fù)離子的數(shù)量。

雙重圓筒軸式（冷凝管式）空氣負(fù)離子檢測儀的檢測原理

這種檢測儀技術(shù)上已非常成熟，但由于內(nèi)部復(fù)雜的結(jié)構(gòu)及控制，造價(jià)成本高昂，這種結(jié)構(gòu)可以有效解決平行電板式結(jié)構(gòu)固有的電解邊緣效應(yīng)，同時(shí)圓筒本身的結(jié)構(gòu)及特殊的進(jìn)氣方式可以保持氣流通過的平順性，對離子數(shù)量及大小的檢測精確性有極大提高。

雙重圓筒軸式（冷凝管式）原理的空氣負(fù)離子檢測儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

采用雙重圓筒軸式（冷凝管式）原理的日本COM-3200pro 專業(yè)型空氣負(fù)離子檢測儀

l  負(fù)離子等級標(biāo)準(zhǔn)

世界衛(wèi)生組織規(guī)定：清新空氣的負(fù)離子標(biāo)準(zhǔn)濃度為每立方厘米空氣中不應(yīng)低于1000~1500個(gè)。我國清潔空氣的標(biāo)準(zhǔn)為：空氣中有害物質(zhì)如CO、HS、飄塵不超過國家允許標(biāo)準(zhǔn)，負(fù)離子與正離子比例為1：1.2?？諝庵胸?fù)離子濃度多少不僅預(yù)示著空氣質(zhì)量的好壞，同時(shí)高負(fù)離子濃度的大氣環(huán)境，對人類的健康有一定的醫(yī)療保健作用。

世界衛(wèi)生組織規(guī)定的清新空氣的負(fù)離子標(biāo)準(zhǔn)濃度

l  負(fù)離子濃度的研究價(jià)值

目前，在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和空氣質(zhì)量檢測中，負(fù)離子濃度已成為的重要指標(biāo)?？諝庳?fù)離子濃度觀測、預(yù)告和研究主要應(yīng)用于環(huán)境氣象學(xué)、生態(tài)氣象學(xué)、旅游氣象學(xué)等學(xué)科。通過負(fù)離子監(jiān)測網(wǎng)的建立，從生態(tài)氣象、旅游氣象的角度，開展不同時(shí)空標(biāo)準(zhǔn)、不同下墊面、不同天氣過程、不同季節(jié)小粒徑負(fù)離子濃度分布特征等的研究。氣象部分利用負(fù)離子濃度與氣象條件的關(guān)系，開展空氣中負(fù)離子濃度氣象條件預(yù)告，將大大地拓展氣象服務(wù)領(lǐng)域和服務(wù)內(nèi)容，能夠產(chǎn)生較大的社會效益和潛伏的經(jīng)濟(jì)效益。環(huán)保部分利用負(fù)離子濃度與大氣環(huán)境的關(guān)系，進(jìn)行城市生態(tài)環(huán)境和室內(nèi)外空氣質(zhì)量的監(jiān)測，將具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

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