空气负离子与环境质量的关系

18世纪，物理学家库仑实验发现，绝缘的金属导体所带的电荷会在大气中消失。物理学家伦琴和贝克勒尔研究发现，电解质溶液中的气体带有正极性或负极性的电荷微粒，由于这些带电微粒的存在，使气体具有导电的性能。物理学家艾斯特尔、盖特勒和威尔逊也用大气导电性的理论对库仑的实验结果作出解释。这种空气中的导电微粒，被物理学家法拉第称为“离子”，“空气离子”因而得名。

空气负离子又称负氧离子，是指获得1个或1个以上的电子带负电荷的氧气离子，它是空气中的氧分子结合了自由电子而形成的。自然界的放电(闪电)现象、光电效应、喷泉、瀑布等都能使周围空气电离，形成负氧离子。负离子具有极佳的净化除尘，减少二手烟危害、改善预防呼吸道疾病、改善睡眠、抗氧化、防衰老、清除体内自由基、降低血液粘稠度的效果，在医学界享有“维他氧”“空气维生素”“长寿素”“ 空气维他命”等美称。

负氧离子在人们的日常生活中不是随时都存在的，经过科学研究测试负氧离子的形成与消失，与气象因素有关系。一般情况下，空气中负氧离子的浓度晴天比阴天多，夏季比冬季多，中午比早晚多。负氧离子在洁净空气中它的寿命有几分钟，而在灰尘中只有几秒钟。因此，空气中负氧离子浓度多少，是评定一个地区空气清新与否的标志之一。目前，世界卫生组织规定，清新空气的负氧离子标准浓度为每立方厘米空气中不低于1000~1500个。

下面，我就带大家来好好认识一个空气负离子。

l  空气负离子的形成 

中性的空气分子在某种外力（电场、碰撞、辐射等）作用下，有些外层电子会脱离原子核的束缚，成为自由电子。自由电子很快就会附着在气体分子或原子上，而且特别容易附着在氧分子或水分子上，成为空气负离子（也叫阴离子）。失去了电子的空气分子或原子则成为空气正离子（也叫阳离子）。这些空气离子很容易将其周围的几个到十几个中性分子或原子吸附在一起，形成带电荷的小分子团，称为小离子。小离子若遇上空气中的气溶胶，则容易被俘获而形成中离子。如果气溶胶粒径较大或重量较大，则形成大离子。

空气中负离子的产生首先要有来自大自然的能量作用，其次就是要与空气中气体分子和水分子充分接触，其形成归纳起来有如下几种能量作用形式：

1)        放射性物质的作用：地球的岩石圈表面存在各种放射性的物质，这些放射性物质会通过能量大或穿透力强的射线使空气离子化；

2)        宇宙射线的照射作用：宇宙射线的照射可使空气离子化，但它的作用在距地球表面几千米处比较明显；

3)        紫外线辐射：短波紫外线能直接使空气离子化；

4)        水空气能量电离作用：由于空气气压或水压形成的势能和动能，水在跌落、喷射、喷溅和冲击时，水滴因高速运动而断裂，水分子被截断后带正电荷，周围空气分子带负电荷。通常形成在瀑布、喷泉、海滨或者风沙等环境，这也是为什么雨后或者瀑布旁的空气特别清新的原因。

5)        材料自身静电场作用：由于物质结构的特殊性导致其天生带有静电产生静电场，当其与空气中水分子接触时，电离其中的水分子而形成负离子。

森林环境中空气负离子水平较高，这是由于森林环境中的瀑布、溪流等流动水体较多，森林植物的“尖端放电”和“光电效应”以及释放出的芳香挥发性物质都能使空气发生电离现象，并且森林具有降尘功能，使得空气负离子浓度增加，而且寿命变长。

当然，空气负离子也可以在人工条件下产生，其方法主要有：

1)        电晕放电：电晕放电是将充分高的电压施加于一对电极上，其中高压负电极连接在一根极细的针状导线或具有很小曲率的其他导体上。在放电极附近的强电场区域内，气体中原有的少量自由电子被加速到某一很高的速度，足以碰撞气体分子，并电离出新的自由电子和正离子，新的自由电子又被加速产生进一步的碰撞电离。这个过程在极短的瞬间重复了很多次，于是形成了“电子雪崩”的积累过程，在放电极附近的电晕区内产生大量的自由电子和正离子，其中正离子被加速引向负极，释放电荷。而在电晕外区，则形成大量的空气负离子。电晕放电虽然能够产生大量的空气负离子，但同时也会产生较多的臭氧。近年来，随着空气负离子发生技术的不断进步，出现了以导电纤维和加热式电晕作为电极的空气负离子发生技术，可以使起晕电压降低，从而提高空气负离子的发生浓度，减少了臭氧的产生。 

2)        水发生：利用动力设备和高压喷头将水从容器中雾化喷出，雾化后的水滴以气溶胶形式带负电而成为空气负离子。其产生空气负离子的浓度取决于水的雾化状况，一般可达104～105个/cm3。水发生型空气负离子发生器具有不产生有害气体的优点，但设备结构较为复杂、成本较高、使用环境的湿度较大。

l  空气负离子的作用 

空气中含有的负离子被人们称为空气中的“长寿素”或“空气维生素”。医学科学家认为，负离子进入人体后，能促进新陈代谢，提高肌体的免疫力，使人精力旺盛，对人的情绪、记忆、生长、发育、肌体、寿命均有一定影响。为了人类健康长寿，必须多吸入负离子。室内增加负离子含量的简便办法是开窗开门通风，改善空气质量，尤其是冬春季，门窗封闭较严，空气流通不畅，室内负离子减少。日常应经常开门开窗通风，以增加空气中的“维生素”含量。 

l  空气负离子的浓度的分布规律

空气负离子的多少是评价空气质量的重要指标。据全国负离子卫生科研协作组在我国各地选择有代表性的一些城市进行空气负离子状况监测结果显示，城市室内空气负离子含量明显低于室外。大城市住宅房间内每立方厘米空气中的负离子数只有40～50个，其寿命也只有几秒钟到几分钟；城市街道上的负离子数在100～200个；山谷、瀑布、海滨和林区负离子数经常保持在2万个以上，寿命可达20分钟（空气负离子的寿命是很短的，一般只有几十秒至数分钟）。 

日变化规律：一天中，空气负离子浓度有两个波峰值，一个是7～9时，一个是22～24时；另外，19～21时也较高，而15～17时出现最低值。也有学者认为，有时中午出现第2个高峰值，最小浓度值出现在中午前几个小时，有时黄昏出现第2次低值。 

年变化规律：一年中，空气负离子浓度夏、秋季高于冬、春季；且夏季最高，冬季最低。 

空气负离子浓度在近地层一般随着海拔高度的增加而增大。室外空气负离子浓度一般高于室内。森林环境中的空气负离子浓度比城市居住区室内可高出80～1600倍；当森林覆盖率达到35%～60%时，空气负离子浓度较高，而当森林覆盖率低于7%时，空气负离子浓度仅为前者的40%～50%。 

森林中不同林类型比较，针叶树种林的空气负离子平均浓度为1500个/cm3左右，阔叶树种林为1160个/cm3左右。不同园林树种周围空气负离子水平差异显著。 

不同状态的水体对空气负离子浓度影响差异显著。动态水的空气负离子浓度大于静态水；动态水中瀑布产生的空气负离子浓度大于跌水，跌水大于溪流。水域面积大小与空气负离子浓度呈正相关。 

一般而言，森林环境中的空气负离子浓度高于城市居民区的空气负离子浓度。因此，将森林游憩区空气负离子的临界浓度定为500个/cm3，保健浓度为≥1000个/cm3；允许浓度为500个/cm3与1000个/cm3之间。 陆地上空气负离子的平均浓度为650个/cm3，但分布很不均匀，有的地方平均只有50个/cm3，有的地方平均可达1000个/cm3，甚至更多，一般正离子数大于负离子数，其比值平均为1.15。 

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