負離子檢測儀之：空氣負離子的認識和評價體系

自英國學者威爾遜（Wilson）與法國學者埃爾斯特（Elster）和格特爾（Geitel）證實空氣負離子的存在，人們對空氣負離子的研究經歷了近百年的發展、應用階段。伴隨研究的深入，有關負離子的各種功能被發現和應用，這其中大部分是對人體健康十分有益的。因此空氣負離子被譽為“空氣維生素和生長素”，空氣負離子濃度水平也成為評價旅游環境空氣清潔程度的重要指標。

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

l  負離子的成因

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，氣體分子及原子內的正負電荷相等，呈現中性。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所產生的能量作用下，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，呈負電極性，而失去一些電子的原子呈正電極性，這一現象稱為“空氣的電離”。游離的自由電子又會與其它中性的分子相結合，使得到多余電子的氣體分子呈負電極性，被稱為“大氣負離子”或“空氣負離子”。失去電子的氣體分子則成為空氣正離子。若干個帶電分子形成的帶電分子團,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，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離子，因子負離子也就習慣地被稱為“負氧離子”。

負離子的形成機理

l  負離對健康的功效

空氣負離子能還原來自大氣的污染物質、氮氧化物、香煙等產生的活性氧（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。在醫學界，負離子被確認是具有殺滅病菌及凈化空氣的有效手段。其機理主要在于負離子與細菌結合后，使細菌產生結構的改變或能量的轉移，導致細菌死亡，最終降沉于地面。醫學研究表明，空氣中帶負電的微粒使血中含氧量增加，有利于血氧輸送、吸收和利用，具有促進人體新陳代謝，提高人體免疫能力，增強人體肌能，調節肌體功能平衡的作用。據考證，負離子對人體7個系統，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。

負離子對人體健康的益處

在所有負離子中，特別是小粒徑負離子對人體健康大有益處。這是因為，小負離子體積小，活性高，可以通過呼吸或直接通過皮膚進入人體，它能調節神經中樞的興奮狀態，改善肺的換氣功能，改善血液循環，促進新陳代謝、增強免疫系統能力、使人精神振奮、進步工作效率等等。它還對高血壓、氣喘、流感、失眠、關節炎等很多疾病有一定的治療作用，正因為它的諸多功能，才讓空氣負離子有“空氣中的維生素” “ 空氣維他命”“長壽素”等諸多美稱。

另外，負離子對正離子的中和作用，可以產生除臭、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離子，因此空氣中PM2.5細顆粒物等含量較高時，會降低空氣中負離子的濃度。所以空氣中小負離子的濃度也反映了大氣質量的優劣程度。

l  負離子的種類區分及計量方式

從上面的介紹中，我們知道負離子有小粒徑負離子、 中粒徑負離子和大粒徑負離子的區別，那么，它們是如何進行區分的呢。

在專業上我們用離子遷移率K來表示負離子的粒徑大小, 而K值與粒徑大小成反比。離子遷移率K（單位：cm2 / V?sec）表達了離子運動速度的快慢程度。即電場強度E=1V / cm時, 離子移動的速率(單位為cm / sec) ，其同樣也就表示了離子體積的大小。由于在同一電場強度下，相應的離子體積越大，其運行速度越慢，相反體積越小的離子運行速度越快。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離子是指離子遷移率K≥0.4的負離子。

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

l  負離子檢測

空氣離子測量儀是測量空氣負離子的專用儀器,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,并通過一個微電流計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離子檢測儀根據內部離子收集器的結構不同,主流負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，然后通過后端風扇，將空氣通過電板吸入，空氣流經平板之間時，空氣中的正、負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量，并可以區分離子的極性。

平行電板式空氣負離子檢測儀的檢測原理

這種檢測儀技術上比較成熟，造價成本也比較低，但是易受外部環境影響，另外這種結構自身的弱點容易導致電解邊緣效應，容易造成氣流湍流，造成檢測結果偏移較大。

平行電板式原理的空氣負離子檢測儀結構設計圖

采用平行電板技術的 日本KEC-900 空氣負離子檢測儀

2)     冷凝管式/雙重圓筒軸式

雙重圓筒軸式（冷凝管式）空氣負離子檢測儀是一種成熟、結構復雜的空氣離子檢測設備，目前中高端空氣離子檢測儀基本采用這種結構。雙重圓筒軸式整體結構由3個同心圓筒組成，外圍筒身及內軸為電極并施加恒定電壓，圓筒后方有一個吸氣風扇。啟動風扇時，空氣經圓筒被吸入，當空氣中的正、負離子流經圓筒時，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生放電，這些放電信號被記錄，從而計算出空氣中正、負離子的數量。

雙重圓筒軸式（冷凝管式）空氣負離子檢測儀的檢測原理

這種檢測儀技術上已非常成熟，但由于內部復雜的結構及控制，造價成本高昂，這種結構可以有效解決平行電板式結構固有的電解邊緣效應，同時圓筒本身的結構及特殊的進氣方式可以保持氣流通過的平順性，對離子數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）原理的空氣負離子檢測儀結構設計圖

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

l  負離子等級標準

世界衛生組織規定：清新空氣的負離子標準濃度為每立方厘米空氣中不應低于1000~1500個。我國清潔空氣的標準為：空氣中有害物質如CO、HS、飄塵不超過國家允許標準，負離子與正離子比例為1：1.2。空氣中負離子濃度多少不僅預示著空氣質量的好壞，同時高負離子濃度的大氣環境，對人類的健康有一定的醫療保健作用。

世界衛生組織規定的清新空氣的負離子標準濃度

l  負離子濃度的研究價值

目前，在生態環境監測和空氣質量檢測中，負離子濃度已成為不可或缺的重要指標。空氣負離子濃度觀測、預告和研究主要應用于環境氣象學、生態氣象學、旅游氣象學等學科。通過負離子監測網的建立，從生態氣象、旅游氣象的角度，開展不同時空標準、不同下墊面、不同天氣過程、不同季節小粒徑負離子濃度分布特征等的研究。氣象部分利用負離子濃度與氣象條件的關系，開展空氣中負離子濃度氣象條件預告，將大大地拓展氣象服務領域和服務內容，能夠產生較大的社會效益和潛伏的經濟效益。環保部分利用負離子濃度與大氣環境的關系，進行城市生態環境和室內外空氣質量的監測，將具有重大的現實意義。

資料整理：廣州極端科技有限公司（部分內容來源網絡）

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