負離子檢測標準及功能性負離子材料的負離子釋放量測量方法

l  負離子的基本認識

空氣是人類賴以生存的重要條件之一, 自上世紀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)的負氧離子以來，人們對空氣負離子的研究經(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，空氣負離子在健康方面的諸多功能正慢慢改變?nèi)藗兊纳睿諝庳撾x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，當空氣中負離子濃度超過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之一，世界衛(wèi)生組織也定義：當空氣中負離子濃度達到1500個/cm³時才算是清新空氣。

負離子的功效

l  負離子的形成原理

當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），成為空氣負離子（Aeroanion）。因此，空氣負離子就是帶負電荷的單個氣體分子和輕離子團的總稱。

負離子的形成原理

l  負離子的產(chǎn)生方式

一般情況下，負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“尖端放電”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離子的濃度。 

l  目前關(guān)于負離子測試標準所面臨的問題

1.   負離子標準制定情況

目前，世界上眾多學(xué)者都公認空氣負離子能改善空氣質(zhì)量。但是，到目前為止，全世界沿未有公認的空氣負離子檢測標準，世界各國也沒有形成一個統(tǒng)一的、得到全世界公認的關(guān)于空氣負離子的保健衛(wèi)生功能評估標準。

日本科學(xué)家最早開始關(guān)注空氣負離子的各項功能，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，我國在負離子檢測標準制定方面走在了世界前列，因此，雖然目前全世界缺少完整、規(guī)范的負離子檢測、評估標準，但是國內(nèi)、外負離子標準工作的制定已經(jīng)取得了一定的成果，目前，國內(nèi)外與負離子相關(guān)的標準共有6個，如下表;

國內(nèi)、外制定的關(guān)于負離子檢測的相關(guān)標準

以上6個標準中，“JIS B 9929-2006：空氣中負離子密度測定方法”是日本工業(yè)標準，這個標準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離子測量儀器的技術(shù)規(guī)范；其余4個標準均是適用建材行業(yè)的行業(yè)標準，其規(guī)定的標準測試方法是基于建筑材料的各項性能指標和室內(nèi)空氣質(zhì)量評估標準而建立。

2.   功能性負離子材料行業(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)生負離子功能產(chǎn)品已逐漸走入人們的生活。日本從事負離子材料研究和生產(chǎn)的企業(yè)有近500家,開發(fā)的各類負離子制品有上千種,特別是在負離子功能紡織品方面開發(fā)應(yīng)用較多。韓國對負離子材料的研發(fā)次于日本,也推出了很多負離子材料和制品。

我國科研人員也積極追蹤國際材料發(fā)展的前沿,近幾年各種負離子功能制品(如負離子涂料、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，負離子功能紡織品及負離子功能建筑材料是近年發(fā)展的新方向，負離子功能材料在一定物理刺激下，會激發(fā)產(chǎn)生負離子，具有穩(wěn)定精神、促進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測量方面而言，中國保健協(xié)會制定的最新“CAS 115-2005:保健功能紡織品”標準就針對保健功能紡織品的各項功能進行了詳細規(guī)范，標準中規(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）、遠紅外功能、磁功能和抗菌功能的測量方法。實際上，該標準建議之初，標準制定組的相關(guān)專家原本考慮同時規(guī)范紡織品的負離子釋放功能，但由于負離子各項指標爭議較大，大部分指標無法獲得制定組專家的多數(shù)認可，專家組經(jīng)過討論后決定暫緩制定負離子釋放測量規(guī)范。因此，才導(dǎo)致目前尚無針對保健功能紡織品釋放負離子效果檢定的標準。但是，為了我國功能性負離子行業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展，制定保健功能紡織品負離子濃度測試與評價方法標準是必需和迫切的。

l  負離子檢測儀器及標準校驗

目前市場上流行的負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空氣負離子檢測儀

采用了平板電容技術(shù)的日本KEC-900空氣負離子檢測儀

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，目前都無法完美的解決測量數(shù)據(jù)精確度低、重復(fù)性差等問題。因此，在缺少精準的測量儀器的情況下，使用標準釋放物對儀器進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)合材料制成了負離子釋放量穩(wěn)定在10000個/cm³的負離子釋放量標準卡片。

l  溫度、濕度和氣壓對負離子濃度影響

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離子釋放量測量標準，應(yīng)該就測試溫度、濕度、氣壓等參數(shù)進行精確規(guī)范，以最大限度減少這些環(huán)境因素對測量結(jié)果的影響。

l  負離子功能性材料的測試標準建議：靜態(tài)測試和動態(tài)測試

與空氣負離子不同，對負離子功能性材料而言，只需測定其靜止狀態(tài)下的負離子發(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行運行是最接近實際應(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）對負離子材料的負離子釋放測試結(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的標準，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，以使負離子均勻的分布在空間內(nèi)，又不能讓空間太大以致負離子濃度過低而不易檢出。目前各標準中對負離子的測試空間都有要求，一般選擇1m³的標準立方空間。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，不僅缺少精準的測試儀器，各項因素對測試結(jié)果的影響也有待研究，標準制定工作需要大量嚴格的實驗，并劃定合理的指標，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。空氣負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)境污染日益嚴重,城市空氣中負離子濃度越來越低,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)于功能性負離子材料的測量標準。

編輯：廣州極端科技有限公司

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