負(fù)離子檢測標(biāo)準(zhǔn)及功能性負(fù)離子材料的負(fù)離子釋放量測量方法

l  負(fù)離子的基本認(rèn)識

空氣是人類賴以生存的重要條件之一, 自上世紀(jì)30年代英國學(xué)者威爾遜與法國學(xué)者埃爾斯特和格特爾證實了空氣中存在游離態(tài)的負(fù)氧離子以來，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。經(jīng)過科學(xué)家不斷的探索，空氣負(fù)離子在健康方面的諸多功能正慢慢改變?nèi)藗兊纳睿諝庳?fù)離子亦被譽為“空氣維生素和生長素”，對人體健康十分有益，研究證明，當(dāng)空氣中負(fù)離子濃度超過10000個/cm³時，對多種人體健康疾病有良好的輔助治療作用。因此，空氣負(fù)離子對空氣污染物的凈化功能也使其已成為評價旅游環(huán)境空氣清潔程度的重要指標(biāo)之一，世界衛(wèi)生組織也定義：當(dāng)空氣中負(fù)離子濃度達(dá)到1500個/cm³時才算是清新空氣。

負(fù)離子的功效

l  負(fù)離子的形成原理

當(dāng)空氣分子受到外界條件如電離劑的作用后，獲得足夠的能量，而使原子核外圍的電子擺脫原子核的束縛而躍出軌道變成自由電子，使失去電子的中性分子或原子變成帶正電荷的離子；而躍出的自由電子很快地附著在某些氣體分子或原子（特別容易附著在氧分子或水分子上），成為空氣負(fù)離子（Aeroanion）。因此，空氣負(fù)離子就是帶負(fù)電荷的單個氣體分子和輕離子團(tuán)的總稱。

負(fù)離子的形成原理

l  負(fù)離子的產(chǎn)生方式

一般情況下，負(fù)離子主要通過以下幾種方式產(chǎn)生：

1) 地殼和大氣中的放射性物質(zhì)的電離作用 

2) 宇宙射線和太陽紫外線的電離作用 

3) 水的Lenard 效應(yīng) 

4) 植物的“放電”和“光電效應(yīng)” 

此外,大氣環(huán)境中的很多物理過程,如閃電、雷暴、雪暴、火山爆發(fā)以及其它形式的放電現(xiàn)象等,都使空氣分子發(fā)生電離,一定程度上增加空氣負(fù)離子的濃度。 

l  目前關(guān)于負(fù)離子測試標(biāo)準(zhǔn)所面臨的問題

1.   負(fù)離子標(biāo)準(zhǔn)制定情況

目前，世界上眾多學(xué)者都空氣負(fù)離子能改善空氣質(zhì)量。但是，到目前為止，沿未有的空氣負(fù)離子檢測標(biāo)準(zhǔn)，世界各國也沒有形成一個統(tǒng)一的、得到的關(guān)于空氣負(fù)離子的保健衛(wèi)生功能評估標(biāo)準(zhǔn)。

日本科學(xué)家開始關(guān)注空氣負(fù)離子的各項功能，同時，它們的研究成果也快速得到了美國和我國部分科學(xué)家的關(guān)注，目前，我國在負(fù)離子檢測標(biāo)準(zhǔn)制定方面走在了世界前列，因此，雖然目前缺少完整、規(guī)范的負(fù)離子檢測、評估標(biāo)準(zhǔn)，但是國內(nèi)、外負(fù)離子標(biāo)準(zhǔn)工作的制定已經(jīng)取得了一定的成果，目前，國內(nèi)外與負(fù)離子相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)共有6個，如下表;

國內(nèi)、外制定的關(guān)于負(fù)離子檢測的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

以上6個標(biāo)準(zhǔn)中，“JIS B 9929-2006：空氣中負(fù)離子密度測定方法”是日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這個標(biāo)準(zhǔn)針對的是空氣中和離子發(fā)生器產(chǎn)生的離子濃度測試；“GB/T 18809-2002：空氣離子測量儀通用規(guī)范”是我國制定的針對空氣負(fù)離子測量儀器的技術(shù)規(guī)范；其余4個標(biāo)準(zhǔn)均是適用建材行業(yè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)測試方法是基于建筑材料的各項性能指標(biāo)和室內(nèi)空氣質(zhì)量評估標(biāo)準(zhǔn)而建立。

2.   功能性負(fù)離子材料行業(yè)情況

近幾年在新材料領(lǐng)域一種能增加空氣中有益健康的負(fù)離子量的材料被廣泛應(yīng)用于建材、日用、紡織制品等行業(yè)上。產(chǎn)生負(fù)離子功能產(chǎn)品已逐漸走入人們的生活。日本從事負(fù)離子材料研究和生產(chǎn)的企業(yè)有近500家,開發(fā)的各類負(fù)離子制品有上千種,特別是在負(fù)離子功能紡織品方面開發(fā)應(yīng)用較多。韓國對負(fù)離子材料的研發(fā)次于日本,也推出了很多負(fù)離子材料和制品。

我國科研人員也積極追蹤國際材料發(fā)展的前沿,近幾年各種負(fù)離子功能制品(如負(fù)離子涂料、紡織品、陶瓷磚、木地板等)在國內(nèi)市場上陸續(xù)出現(xiàn)。其中，負(fù)離子功能紡織品及負(fù)離子功能建筑材料是近年發(fā)展的新方向，負(fù)離子功能材料在一定物理刺激下，會激發(fā)產(chǎn)生負(fù)離子，具有穩(wěn)定精神、促進(jìn)新陳代謝和血液循環(huán)、恢復(fù)疲勞、維持健康等保健功效，因此目前越來越受到人們和許多企業(yè)的重視。

就功能性紡織品的各項指標(biāo)測量方面而言，中國保健協(xié)會制定的“CAS 115-2005:保健功能紡織品”標(biāo)準(zhǔn)就針對保健功能紡織品的各項功能進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)范了保健功能紡織品的材料各種物理特性（如色澤、拉伸度等）、遠(yuǎn)紅外功能、磁功能和抗菌功能的測量方法。實際上，該標(biāo)準(zhǔn)建議之初，標(biāo)準(zhǔn)制定組的相關(guān)專家原本考慮同時規(guī)范紡織品的負(fù)離子釋放功能，但由于負(fù)離子各項指標(biāo)爭議較大，大部分指標(biāo)無法獲得制定組專家的多數(shù)認(rèn)可，專家組經(jīng)過討論后決定暫緩制定負(fù)離子釋放測量規(guī)范。因此，才導(dǎo)致目前尚無針對保健功能紡織品釋放負(fù)離子效果檢定的標(biāo)準(zhǔn)。但是，為了我國功能性負(fù)離子行業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展，制定保健功能紡織品負(fù)離子濃度測試與評價方法標(biāo)準(zhǔn)是必需和迫切的。

l  負(fù)離子檢測儀器及標(biāo)準(zhǔn)校驗

目前市場上流行的負(fù)離子濃度測試儀主要來自美國、日本和國內(nèi)部分廠家。從測試原理來看，其主要分為三個類型：

1) 采用平板電容作為離子采集器，用換氣裝置使空氣通過檢測儀，離子打在采集器上引起細(xì)微的電流或電壓變化，以此表示空氣離子濃度。

采用了平板電容技術(shù)的美國AIC-1000空氣負(fù)離子檢測儀

采用了平板電容技術(shù)的日本KEC-900空氣負(fù)離子檢測儀

2) 直接測量離子采集器收集的電荷數(shù)來表示空氣離子濃度。

采用了冷凝管(同軸二重圓筒)技術(shù)的日本COM-3200pro空氣負(fù)離子檢測儀

3) 測量材料的放射性強度（主要是γ射線強度值），然后通過專門的換算公式換算成負(fù)離子濃度。

采用了放射性強度換算技術(shù)的日本COM-3010pro礦石負(fù)離子檢測儀

但是，根據(jù)各研究機構(gòu)的大量研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)受制于儀器本身的性能特點，不論采用何種設(shè)備，目前都無法的解決測量數(shù)據(jù)精確度低、重復(fù)性差等問題。因此，在缺少精準(zhǔn)的測量儀器的情況下，使用標(biāo)準(zhǔn)釋放物對儀器進(jìn)行校也是解決問題的一個途徑。目前，國內(nèi)有專家使用天然礦物納米復(fù)合材料制成了負(fù)離子釋放量穩(wěn)定在10000個/cm³的負(fù)離子釋放量標(biāo)準(zhǔn)卡片。

l  溫度、濕度和氣壓對負(fù)離子濃度影響

根據(jù)大量的研究結(jié)果來看，同一個樣品在不同溫度、不同濕度等環(huán)境下，負(fù)離子濃度的測量結(jié)果會有很大差異，溫度、氣壓等參數(shù)對測試也有很大影響，目前的研究結(jié)果對這些因素的具體影響程度尚無法給出準(zhǔn)確的定量研究報告。因此，如果后期我國制定功能性紡織品的負(fù)離子釋放量測量標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該就測試溫度、濕度、氣壓等參數(shù)進(jìn)行精確規(guī)范，以限度減少這些環(huán)境因素對測量結(jié)果的影響。

l  負(fù)離子功能性材料的測試標(biāo)準(zhǔn)建議：靜態(tài)測試和動態(tài)測試

與空氣負(fù)離子不同，對負(fù)離子功能性材料而言，只需測定其靜止?fàn)顟B(tài)下的負(fù)離子發(fā)生量，同時考慮有風(fēng)環(huán)境和無風(fēng)環(huán)境的影響即可。另外，由于負(fù)離子釋放量在材料受到摩擦?xí)r會顯著增加，因此需要同時考慮材料在靜止和受摩擦狀態(tài)下的負(fù)離子釋放量，即靜態(tài)測試和動態(tài)測試。

理論上，由人穿著測試材料進(jìn)行運行是實際應(yīng)用的測試方法。但是大量研究結(jié)果表明，人體活動（最主要是人體靜電）對負(fù)離子材料的負(fù)離子釋放測試結(jié)果有很大影響。另外，一般的檢測都要求在恒溫、恒濕條件的密閉空間中進(jìn)行，測量過程中需隔離人為因素影響。為模擬真實的測試環(huán)境，有專家就建議可設(shè)計機械人模擬人體運動以輔助測試。由于涉及到機械人各項指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)，可能使問題復(fù)雜化，給應(yīng)用增加困難。因此，專家就建議簡化處理：比如可以人為地設(shè)定摩擦環(huán)境，使用簡單的材料堆疊平面摩擦方法，或者使用簡單的器械進(jìn)行單面摩擦，規(guī)定摩擦的面積和頻率，以此種動態(tài)測試作為實際應(yīng)用情景的模擬。

l  測試容器的建議

基于以上問題，為保證測試的準(zhǔn)確性，測試容器必須具備多種特點。由于功能紡織品能夠產(chǎn)生的負(fù)離子數(shù)量有限，因此在測試空間的選擇上，要保證足夠的空間使空氣流動，以使負(fù)離子均勻的分布在空間內(nèi)，又不能讓空間太大以致負(fù)離子濃度過低而不易檢出。目前各標(biāo)準(zhǔn)中對負(fù)離子的測試空間都有要求，一般選擇1m³的標(biāo)準(zhǔn)立方空間。測試空間必須能調(diào)節(jié)并保持恒定的溫度、濕度和氣壓，同時應(yīng)具備模擬實際情景的機械摩擦結(jié)構(gòu)。

l  結(jié)語

在目前的技術(shù)水平下，不僅缺少精準(zhǔn)的測試儀器，各項因素對測試結(jié)果的影響也有待研究，標(biāo)準(zhǔn)制定工作需要大量嚴(yán)格的實驗，并劃定合理的指標(biāo)，相信隨著工作的深入，這些問題都能夠得到很好的解決。

隨著環(huán)境與健康意識的增強,人們對有益環(huán)境和健康產(chǎn)品的研發(fā)和需求不斷擴大?？諝庳?fù)離子對人體健康和生活環(huán)境有較大作用,已被國內(nèi)外醫(yī)學(xué)界和環(huán)境界專家所證實。隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展,環(huán)境污染日益嚴(yán)重,城市空氣中負(fù)離子濃度越來越低,人體健康受到影響。而在改善環(huán)境質(zhì)量這方面，功能性負(fù)離子材料可以說大有發(fā)展前景，因此，業(yè)內(nèi)人士都急切盼望國家能盡早的制定關(guān)于功能性負(fù)離子材料的測量標(biāo)準(zhǔn)。

編輯：廣州科技有限公司

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