1.負(fù)離子常識(shí)

1. 負(fù)離子的歷史

空氣是由無(wú)數(shù)分子組成，由于自然界的宇宙射線、紫外線、土壤和空氣放射線的影響，有些空氣分子就釋放出電子，在通常的大氣壓下，被釋放出的電子很快又和空氣中的中性分子結(jié)合，而成為負(fù)離子，或稱為陰離子。負(fù)離子是空氣中一種帶負(fù)電荷的氣體離子，有人把負(fù)離子稱為"空氣維生素"，并認(rèn)為它像食物的維生素一樣，對(duì)人體及其他生物的生命活動(dòng)有著十分重要的影響，有的甚至認(rèn)為空氣負(fù)離子與長(zhǎng)壽有關(guān)，稱它為"長(zhǎng)壽素"。

早在十八世紀(jì)的物理學(xué)家?guī)靵鰧?shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，絕緣的金屬導(dǎo)體所帶的電荷會(huì)在大氣中消失。物理學(xué)家倫琴和貝克勒爾研究發(fā)現(xiàn)，電解質(zhì)溶液中的氣體帶有正極性或負(fù)極性的電荷微粒，由于這些帶電微粒的存在，使氣體具有導(dǎo)電的性能。物理學(xué)家艾斯特爾、蓋特勒和威爾遜也用大氣導(dǎo)電性的理論對(duì)庫(kù)侖的實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出解釋。這種空氣中的導(dǎo)電微粒，被物理學(xué)家法拉第稱之為“離子”，“空氣離子”因而得名。當(dāng)今人們一般常說(shuō)環(huán)境中的“負(fù)離子”或“正離子”，即是不同極性的“大氣離子”或“空氣離子”。自此人們對(duì)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。

負(fù)離子的應(yīng)用是人類在十九世紀(jì)的事，第一個(gè)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)上證明負(fù)離子對(duì)人體有功效的是德國(guó)物理學(xué)家菲利浦萊昂納博士，他認(rèn)為地球自然環(huán)境對(duì)人類健康有益的負(fù)離子最多的地方是瀑布周圍，一九三 O年前蘇聯(lián)學(xué)者發(fā)表了用空氣負(fù)離子治療疾病的論文，美國(guó)也發(fā)表了負(fù)離子統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)， 21世紀(jì)大氣中正離子與負(fù)離子比例為 1.2： 1?，F(xiàn)代社會(huì)發(fā)展已破壞了自然界中離子的平衡,1930年美國(guó) DESSAVER,提出負(fù)離子會(huì)使人產(chǎn)生安寧的感覺(jué)、和改善健康環(huán)境的見(jiàn)解。

在我國(guó),解放區(qū)戰(zhàn)地醫(yī)院曾采用了空氣霧療法,20世紀(jì)50年代有關(guān)文獻(xiàn)中出現(xiàn)了空氣負(fù)離子的內(nèi)容,20世紀(jì)70年代由于電子工業(yè)的蓬勃發(fā)展,研制出多種空氣離子發(fā)生器和大氣離子測(cè)量?jī)x,這些儀器的問(wèn)世奠定了我國(guó)空氣負(fù)離子研究的物質(zhì)基礎(chǔ)。此后,空氣負(fù)離子的研究在我國(guó)經(jīng)歷了20世紀(jì)80年代初和90年代初兩個(gè)高潮。

1. 空氣離子的基本概念

空氣中帶正電荷或負(fù)電荷的微粒（如氧分子）稱為空氣離子（如氧離子）。一個(gè)負(fù)氧離子所帶的電荷與一個(gè)電子的電荷相等。元素的原子由原子核（包括質(zhì)子和中子）和電子組成，電子圍繞原子核旋轉(zhuǎn)。原子核中的質(zhì)子呈正極性，中子呈中性，電子呈負(fù)極性。在通常情況下，電子的負(fù)電荷和質(zhì)子的正電荷相等，兩者平衡使原子的總電荷量為0。

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，我們稱之為“正離子”；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),呈現(xiàn)負(fù)極性，我們稱之為“負(fù)離子”或“空氣負(fù)離子”(Aeroanion，簡(jiǎn)稱為anion)。因此,空氣負(fù)離子就是帶負(fù)電荷的單個(gè)氣體分子和輕離子團(tuán)的總稱。

1.3.自然界中的負(fù)離子

自然界中小的空氣離子在宇宙外來(lái)射線、地球物質(zhì)的放射性、雷電、風(fēng)暴、瀑布、海浪的沖擊下不斷產(chǎn)生?？諝獾恼?、負(fù)離子，按其遷移率大小可分為大、中、小離子。離子遷移率大于0.4平方厘米/伏特·秒為小離子，小于0.04平方厘米/伏特·秒為大離子，介于兩者之間則為中離子。接近分子大小的荷電原子團(tuán)或分子團(tuán)，都屬于小的空氣離子。這些小的空氣離子具有高的運(yùn)動(dòng)速度，在大氣中互相碰撞，又不斷聚集，形成大離子或中離子。

通常，空氣中的各種氣體分子都很穩(wěn)定，呈中性，即不帶電。然而，由于自然界的 宇宙射線、紫外線以及雷電、風(fēng)浪、植物等的作用，會(huì)導(dǎo)致周圍空氣電離，形成正、 負(fù)離子，一般認(rèn)為： O2 –（ H2O） n，或 OH –（ H2O） n,或 CO4 – ( H2O)2[2]。 但負(fù)離子的壽命很短，在清潔的空氣中只有幾分鐘，而在污濁的環(huán)境里 僅有幾秒鐘，甚至更短，負(fù)離子沒(méi)有毒副作用。空氣負(fù)（正）離子實(shí)質(zhì)上就是帶負(fù)（ 正）電荷的空氣粒子。它是空氣中的氧分子結(jié)合了自由電子而形成的?？茖W(xué)家在對(duì) 空氣品質(zhì)分析過(guò)程中 ,發(fā)現(xiàn)在森林 ,瀑布 ,高山，草原及海邊這些感覺(jué)特別清新的 地方含有大量的負(fù) （正） 離子。

只有小離子、或稱之為小離子團(tuán)的才能進(jìn)入生物體。而其中的小負(fù)氧離子、或稱之為小負(fù)氧離子團(tuán)，則有良好的生物活性。在大氣環(huán)境中，空氣分子濃度為2.7×1019個(gè)／cm3，其中小離子濃度僅為102～103個(gè)/cm3，但它們卻以自身微小的粒子、正或負(fù)的電荷、高生物活性影響著大氣環(huán)境的質(zhì)量，以至整個(gè)地球生態(tài)平衡。

負(fù)離子在不同的環(huán)境下存在的“壽命”不等。在潔凈空氣中，負(fù)離子的壽命有幾分鐘，而在灰塵多的環(huán)境中僅有幾秒鐘。在特定的環(huán)境下，小的空氣離子在不斷產(chǎn)生，又不斷衰減，而維持在一定的濃度范圍內(nèi)，正、負(fù)離子數(shù)字的比例亦維持在一個(gè)平衡常數(shù)。

根據(jù)國(guó)外某文獻(xiàn)資料報(bào)告，二十世紀(jì)初期，地球大氣中正負(fù)離子的比例為 1：1.2，而現(xiàn)代地球大氣中正負(fù)離子的比例為 1.2：1。僅僅相隔一個(gè)世紀(jì)，地球大氣的正負(fù)離子平衡狀態(tài)發(fā)生了逆轉(zhuǎn)的變化，現(xiàn)在的我們的生存環(huán)境已經(jīng)被濃厚的正離子團(tuán)團(tuán)圍住。我們必須在現(xiàn)代社會(huì)活動(dòng)中遏制和預(yù)防正離子的發(fā)生量，采取積極有效的措施增加大氣環(huán)境中的負(fù)離子的比例，使我們?nèi)祟愘囈陨娴沫h(huán)境條件得到改善。

1.4.人類對(duì)空氣負(fù)離子的感受

在自然界中，大氣離子雖然看不見(jiàn)摸不著，但人們卻可以感受到負(fù)離子的存在。雷電過(guò)后，因?yàn)殡姄粼诳諝庵挟a(chǎn)生了大量的負(fù)離子，野外的空氣會(huì)格外清新；在海洋中除了雷電，海浪頻繁的涌動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生大量的負(fù)離子，被海風(fēng)帶到海邊，海邊空氣會(huì)令人心曠神怡。相反，大氣中過(guò)多的正離子會(huì)引起失眠、頭疼、心煩、血壓升高等反應(yīng)。例如在狂風(fēng)飛沙之日，在人群密集、空氣污濁的場(chǎng)所，空氣正離子數(shù)量驟增，會(huì)給人以心煩意亂，頭疼疲乏之感。

因此，負(fù)離子濃度的高低與人們的健康息息相關(guān)，人們時(shí)刻需要負(fù)離子，尤其在污染日益嚴(yán)重的今天。

1. 空氣負(fù)離子的產(chǎn)生

2.1.自然界中空氣負(fù)離子的產(chǎn)生

空氣是由氧、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(yáng)光線、電磁波、巖石和土壤的射線、海浪、瀑布以及各種氣象活動(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(huì)離開(kāi)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(huì)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“空氣負(fù)離子”。 組成空氣的各種氣體分子之中，氧氣和二氧化碳分子“捕獲”自由電子的能力較強(qiáng)，而氧氣在空氣中所占的比例較大，因此空氣電離產(chǎn)生的自由電子大部

分被氧氣分子“捕獲”，形成負(fù)氧離子，這就是通常所說(shuō)的“負(fù)離子”。 其產(chǎn)生原理如下：

當(dāng)空氣和其它特定環(huán)境中存在能發(fā)射負(fù)離子條件的地方就會(huì)使大氣中（ O 2、 N 2、 C02、 S02、 H20）中的電子 e釋放出來(lái)，它與 C02、 H20反應(yīng)如下：

H20+e ←→ 02（ H20） m

C02+e ←→ C04（ H20） m

C04+（ H20） 2+H2 ←→ 02（ H20） m+ C02

從而產(chǎn)生負(fù)離子。

2.2.人工條件下產(chǎn)生負(fù)離子的方法

產(chǎn)生負(fù)離子主要方法是使空氣人工“電離”，從空氣分子或原子奪取一部分電子，與其他的中性分子或原子結(jié)合形成新的負(fù)離子。常用發(fā)生負(fù)離子的人工方法有如下幾種：

1.Lenard效應(yīng)（瀑布效應(yīng)）：利用人工水流、瀑布、噴泉、波浪的撞擊力使水分子電離，產(chǎn)生負(fù)離子。

2.電暈放電：利用高壓電極的電暈放電作用使空氣中的水分子電離，產(chǎn)生負(fù)離子。

3.加熱、擠壓、摩擦：利用電熱或人體對(duì)保健用品的擠壓摩擦使空氣中的水分子電離，產(chǎn)生負(fù)離子。

4.天然礦物材料：利用電氣石或其他負(fù)離子礦物材料的天然能量激發(fā)空氣電離產(chǎn)生負(fù)離子。這種方法不需要外加的機(jī)械、熱量或電能，是一種最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的無(wú)源負(fù)離子發(fā)生器。

5.負(fù)離子激勵(lì)劑：利用光線或紫外線照射 光觸媒材料、或者利用天然礦物勵(lì)起劑，激發(fā)能量使空氣中的水分子電離，產(chǎn)生負(fù)離子。

2.2.1.電暈放電

電暈放電是借助將充分高的電壓施加于一對(duì)電極上,其中高壓負(fù)電極連接在一根極細(xì)的針狀導(dǎo)線或具有很小曲率的其它導(dǎo)體上。在放電極附近的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域內(nèi),氣體中原有的少量自由電子被加速到某一很高的速度,足以碰撞氣體分子,并電離出新的自由電子和正離子,新的自由電子又被加速產(chǎn)生進(jìn)一步的碰撞電離。這個(gè)過(guò)程在極短的瞬間重復(fù)了很多次,于是形成了“電子雪崩”的積累過(guò)程,在放電極附近的電暈區(qū)內(nèi)產(chǎn)生大量的自由電子和正離子,其中正離子被加速引向負(fù)極,釋放電荷。而在電暈外區(qū),則形成大量的空氣負(fù)離子。
電暈放電雖然能夠產(chǎn)生大量的空氣負(fù)離子,但同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生較多的臭氧。近年來(lái),隨著空氣負(fù)離子發(fā)生技術(shù)的不斷進(jìn)步,出現(xiàn)了以導(dǎo)電纖維和加熱式電暈作為電極的空氣負(fù)離子發(fā)生技術(shù),可以使起暈電壓降低,從而提高空氣負(fù)離子的發(fā)生濃度,減少了臭氧的產(chǎn)生。

2.2.2.水發(fā)生

利用動(dòng)力設(shè)備和高壓噴頭將水從容器中霧化噴出,霧化后的水滴以氣溶膠形式帶負(fù)電而成為空氣負(fù)離子。其產(chǎn)生空氣負(fù)離子的濃度取決于水的霧化狀況,一般可達(dá)104~105個(gè)/cm3。水發(fā)生型空氣負(fù)離子發(fā)生器具有不產(chǎn)生有害氣體的優(yōu)點(diǎn),但設(shè)備結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、成本較高、使用環(huán)境的濕度較大。

2.2.3放射發(fā)生

利用放射性物質(zhì)或紫外線電離空氣產(chǎn)生空氣負(fù)離子,其特點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單,產(chǎn)生空氣負(fù)離子濃度較高,但需要有特殊的防輻射措施,使用不當(dāng)會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生極大的危害,因此在一般情況下不宜使用。

3.負(fù)離子的功效

空氣中正離子多為礦物離子、氮離子等，負(fù)離子多為氧離子和水合羥基離子等。空氣分子在高壓或強(qiáng)射線的作用下被電離所產(chǎn)生的自由電子大部分被氧氣所獲得，因而，常常把空氣負(fù)離子統(tǒng)稱為“負(fù)氧離子”。空氣中的小負(fù)氧離子、或稱之為小負(fù)氧離子團(tuán)，具有良好的生物活性。

正離子會(huì)從其它元素的原子奪取穩(wěn)定的電子，產(chǎn)生氧化作用。反之，負(fù)離子會(huì)把電子給與其他元素的原子使之性能穩(wěn)定，產(chǎn)生還原作用。氧化作用會(huì)使金屬腐蝕、身體老化、食品腐敗，而還原作用會(huì)防止金屬的氧化腐蝕、幫助身體元?dú)獾幕謴?fù)、延長(zhǎng)食物的保鮮時(shí)間。

小的負(fù)氧離子團(tuán)對(duì)人體的作用，它主要是通過(guò)肺部呼吸的途徑，可加速呼吸道上皮纖毛運(yùn)動(dòng)，體液進(jìn)入血液后，放出電荷，作用于細(xì)胞、蛋白質(zhì)，反射刺激內(nèi)感受器官，通過(guò)神經(jīng)系統(tǒng)傳導(dǎo)，作用于大腦中樞神經(jīng)及植物神經(jīng)系統(tǒng)，直到影響神經(jīng)機(jī)能。

負(fù)氧離子被吸入人體后，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、提高工作效率等等。它還對(duì)高血壓、氣喘、流感、失眠、關(guān)節(jié)炎等許多疾病有一定的治療作用。

在正離子過(guò)多的空氣中，會(huì)使人有頭痛、暈眩、想吐、焦躁等癥狀?？諝庵胸?fù)離子含量增加，一則可以殺死空氣中的細(xì)菌，避免感染疾病，二則可以凈化空氣，三則促進(jìn)體內(nèi)纖毛性運(yùn)動(dòng)，易于排除呼吸道及體內(nèi)的過(guò)敏原，避免疾病的感染。