1.負離子常識

1. 負離子的歷史

空氣是由無數(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合，而成為負離子，或稱為陰離子。負離子是空氣中一種帶負電荷的氣體離子，有人把負離子稱為"空氣維生素"，并認為它像食物的維生素一樣，對人體及其他生物的生命活動有著十分重要的影響，有的甚至認為空氣負離子與長壽有關，稱它為"長壽素"。

早在十八世紀的物理學家?guī)靵鰧嶒灠l(fā)現(xiàn)，絕緣的金屬導體所帶的電荷會在大氣中消失。物理學家倫琴和貝克勒爾研究發(fā)現(xiàn)，電解質溶液中的氣體帶有正極性或負極性的電荷微粒，由于這些帶電微粒的存在，使氣體具有導電的性能。物理學家艾斯特爾、蓋特勒和威爾遜也用大氣導電性的理論對庫侖的實驗結果作出解釋。這種空氣中的導電微粒，被物理學家法拉第稱之為“離子”，“空氣離子”因而得名。當今人們一般常說環(huán)境中的“負離子”或“正離子”，即是不同極性的“大氣離子”或“空氣離子”。自此人們對空氣負離子的研究經(jīng)歷了近百年的發(fā)展、應用階段。

負離子的應用是人類在十九世紀的事，第一個國際學術會上證明負離子對人體有功效的是德國物理學家菲利浦萊昂納博士，他認為地球自然環(huán)境對人類健康有益的負離子最多的地方是瀑布周圍，一九三 O年前蘇聯(lián)學者發(fā)表了用空氣負離子治療疾病的論文，美國也發(fā)表了負離子統(tǒng)計數(shù)據(jù)， 21世紀大氣中正離子與負離子比例為 1.2： 1。現(xiàn)代社會發(fā)展已破壞了自然界中離子的平衡,1930年美國 DESSAVER,提出負離子會使人產生安寧的感覺、和改善健康環(huán)境的見解。

在我國,解放區(qū)戰(zhàn)地醫(yī)院曾采用了空氣霧療法,20世紀50年代有關文獻中出現(xiàn)了空氣負離子的內容,20世紀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)生器和大氣離子測量儀,這些儀器的問世奠定了我國空氣負離子研究的物質基礎。此后,空氣負離子的研究在我國經(jīng)歷了20世紀80年代初和90年代初兩個高潮。

1. 空氣離子的基本概念

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

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，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)負極性，我們稱之為“負離子”或“空氣負離子”(Aeroanion，簡稱為anion)。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。

1.3.自然界中的負離子

自然界中小的空氣離子在宇宙外來射線、地球物質的放射性、雷電、風暴、瀑布、海浪的沖擊下不斷產生。空氣的正、負離子，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或分子團，都屬于小的空氣離子。這些小的空氣離子具有高的運動速度，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、風浪、植物等的作用，會導致周圍空氣電離，形成正、 負離子，一般認為： O2 –（ H2O） n，或 OH –（ H2O） n,或 CO4 – ( H2O)2[2]。 但負離子的壽命很短，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，負離子沒有毒副作用。空氣負（正）離子實質上就是帶負（ 正）電荷的空氣粒子。它是空氣中的氧分子結合了自由電子而形成的。科學家在對 空氣品質分析過程中 ,發(fā)現(xiàn)在森林 ,瀑布 ,高山，草原及海邊這些感覺特別清新的 地方含有大量的負 （正） 離子。

只有小離子、或稱之為小離子團的才能進入生物體。而其中的小負氧離子、或稱之為小負氧離子團，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／cm3，其中小離子濃度僅為102～103個/cm3，但它們卻以自身微小的粒子、正或負的電荷、高生物活性影響著大氣環(huán)境的質量，以至整個地球生態(tài)平衡。

負離子在不同的環(huán)境下存在的“壽命”不等。在潔凈空氣中，負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生，又不斷衰減，而維持在一定的濃度范圍內，正、負離子數(shù)字的比例亦維持在一個平衡常數(shù)。

根據(jù)國外某文獻資料報告，二十世紀初期，地球大氣中正負離子的比例為 1：1.2，而現(xiàn)代地球大氣中正負離子的比例為 1.2：1。僅僅相隔一個世紀，地球大氣的正負離子平衡狀態(tài)發(fā)生了逆轉的變化，現(xiàn)在的我們的生存環(huán)境已經(jīng)被濃厚的正離子團團圍住。我們必須在現(xiàn)代社會活動中遏制和預防正離子的發(fā)生量，采取積極有效的措施增加大氣環(huán)境中的負離子的比例，使我們人類賴以生存的環(huán)境條件得到改善。

1.4.人類對空氣負離子的感受

在自然界中，大氣離子雖然看不見摸不著，但人們卻可以感受到負離子的存在。雷電過后，因為電擊在空氣中產生了大量的負離子，野外的空氣會格外清新；在海洋中除了雷電，海浪頻繁的涌動也會產生大量的負離子，被海風帶到海邊，海邊空氣會令人心曠神怡。相反，大氣中過多的正離子會引起失眠、頭疼、心煩、血壓升高等反應。例如在狂風飛沙之日，在人群密集、空氣污濁的場所，空氣正離子數(shù)量驟增，會給人以心煩意亂，頭疼疲乏之感。

因此，負離子濃度的高低與人們的健康息息相關，人們時刻需要負離子，尤其在污染日益嚴重的今天。

1. 空氣負離子的產生

2.1.自然界中空氣負離子的產生

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，氣體分子及原子內的正負電荷相等，呈現(xiàn)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(xiàn)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“空氣負離子”。 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，而氧氣在空氣中所占的比例較大，因此空氣電離產生的自由電子大部

分被氧氣分子“捕獲”，形成負氧離子，這就是通常所說的“負離子”。 其產生原理如下：

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

H20+e ←→ 02（ H20） m

C02+e ←→ C04（ H20） m

C04+（ H20） 2+H2 ←→ 02（ H20） m+ C02

從而產生負離子。

2.2.人工條件下產生負離子的方法

產生負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合形成新的負離子。常用發(fā)生負離子的人工方法有如下幾種：

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

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，產生負離子。

3.加熱、擠壓、摩擦：利用電熱或人體對保健用品的擠壓摩擦使空氣中的水分子電離，產生負離子。

4.天然礦物材料：利用電氣石或其他負離子礦物材料的天然能量激發(fā)空氣電離產生負離子。這種方法不需要外加的機械、熱量或電能，是一種最經(jīng)濟實用的無源負離子發(fā)生器。

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

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電極上,其中高壓負電極連接在一根極細的針狀導線或具有很小曲率的其它導體上。在放電極附近的強電場區(qū)域內,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生進一步的碰撞電離。這個過程在極短的瞬間重復了很多次,于是形成了“電子雪崩”的積累過程,在放電極附近的電暈區(qū)內產生大量的自由電子和正離子,其中正離子被加速引向負極,釋放電荷。而在電暈外區(qū),則形成大量的空氣負離子。
電暈放電雖然能夠產生大量的空氣負離子,但同時也會產生較多的臭氧。近年來,隨著空氣負離子發(fā)生技術的不斷進步,出現(xiàn)了以導電纖維和加熱式電暈作為電極的空氣負離子發(fā)生技術,可以使起暈電壓降低,從而提高空氣負離子的發(fā)生濃度,減少了臭氧的產生。

2.2.2.水發(fā)生

利用動力設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電而成為空氣負離子。其產生空氣負離子的濃度取決于水的霧化狀況,一般可達104~105個/cm3。水發(fā)生型空氣負離子發(fā)生器具有不產生有害氣體的優(yōu)點,但設備結構較為復雜、成本較高、使用環(huán)境的濕度較大。

2.2.3放射發(fā)生

利用放射性物質或紫外線電離空氣產生空氣負離子,其特點是設備簡單,產生空氣負離子濃度較高,但需要有特殊的防輻射措施,使用不當會對人體產生極大的危害,因此在一般情況下不宜使用。

3.負離子的功效

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

正離子會從其它元素的原子奪取穩(wěn)定的電子，產生氧化作用。反之，負離子會把電子給與其他元素的原子使之性能穩(wěn)定，產生還原作用。氧化作用會使金屬腐蝕、身體老化、食品腐敗，而還原作用會防止金屬的氧化腐蝕、幫助身體元氣的恢復、延長食物的保鮮時間。

小的負氧離子團對人體的作用，它主要是通過肺部呼吸的途徑，可加速呼吸道上皮纖毛運動，體液進入血液后，放出電荷，作用于細胞、蛋白質，反射刺激內感受器官，通過神經(jīng)系統(tǒng)傳導，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)機能。

負氧離子被吸入人體后，能調節(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)，促進新陳代謝、增強免疫系統(tǒng)能力、使人精神振奮、提高工作效率等等。它還對高血壓、氣喘、流感、失眠、關節(jié)炎等許多疾病有一定的治療作用。

在正離子過多的空氣中，會使人有頭痛、暈眩、想吐、焦躁等癥狀。空氣中負離子含量增加，一則可以殺死空氣中的細菌，避免感染疾病，二則可以凈化空氣，三則促進體內纖毛性運動，易于排除呼吸道及體內的過敏原，避免疾病的感染。