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  • 气象林业部门合作推进空气负离子监测研究工作

  • 2020-01-24 点击:
  • 近日,由中国气象局和国家林业局相关人员组成的技术专家工作组,赴河北张家口实地调研气中负离子浓度监测情况,就大气负离子监测站点的选址、操作规范等问题进行商讨,为后续有序推进空气负离子监测研究工作奠定坚实基础。

    科学家们认为,人类生活环境中负离子的含量浓度,它在空气中的浓度与人体健康水准直接相关。这是因为,对生命体给与自然界的能量——负离子(还原离子),可使破环生命体健康的酸性、氧化、活性氧、乳酸等因素逐渐减少,激活细胞组织的新陈代谢,给生命体内部创造良好的环境,从而加强生命体自身的恢复力与自然治愈能力,进而克服疾病,造就健康的身体。同时,伴随研究的深入,有关负离子的各种功能陆续被发现和应用,这其中大部分是对人体健康十分有益的。因此空气负离子被誉为“空气维生素和生长素”,目前,空气负离子水平已成为评价旅游环境空气清洁程度的重要指标。因此,世界卫生组织也定义:当空气中负离子浓度达到1500/cm3时才算是清新空气。

    检测空气中的负离子浓度需要借助专业的空气负离子检测仪,空气离子测量仪是一种测量空气负离子的专用仪器,它可以测量空气离了的浓度,分辨离子正负极性,并可依离子迁移率的不同来分辨被测离子的大小。一般采用电容式收集器收集空气离子所携带的电荷,并通过一个微电流计测量这些电荷所形成的电流。测量仪走要包括极化电源、离子收集器、微电流放大器和直流供电电源四部分。

    目前,市场上销售的空气负离子检测仪主要以国外进口为主,根据内部离子收集器的结构不同,主流负离子检测仪可以划分为平行板式和Gerdien 冷凝器式/双重圆筒轴式两种类型。

    l  平行电板式负离子检测仪

    平行电板式离子检测仪是目前低端空气离子检测仪比较常用的一种方法。其检测原理为:对一组相互平等的极化电板施加恒定电压,然后通过后端风扇,将空气通过电板吸入,空气流经平板之间时,空气中的正、负离子受电板之间电压形成的扭力影响,按照不同的极性分别被对应的电板吸附,吸附到电板上的离子会造成电板电压的微波改变,这种改变被记录,从而可以换算出采集到的离子数量,并可以区分离子的极性。

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    平行电板式空气负离子检测仪的检测原理

    这种检测仪技术上比较成熟,造价成本也比较低,但是易受外部环境影响,另外这种结构自身的弱点容易导致电解边缘效应,容易造成气流湍流,造成检测结果偏移较大。

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    平行电板式原理的空气负离子检测仪结构设计图

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    采用平行电板技术的 日本KEC-900 空气负离子检测仪

    l  Gerdien 冷凝器式/双重圆筒轴式

    双重圆筒轴式(冷凝管式)空气负离子检测仪是一种成熟、结构复杂的空气离子检测设备,目前中高端空气离子检测仪基本采用这种结构。双重圆筒轴式整体结构由3个同心圆筒组成,外围筒身及内轴为电极并施加恒定电压,圆筒后方有一个吸气风扇。启动风扇时,空气经圆筒被吸入,当空气中的正、负离子流经圆筒时,受圆筒电压形成的扭力影响会被吸附到不同极性的圆筒上并产生放电,这些放电信号被记录,从而计算出空气中正、负离子的数量。

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    双重圆筒轴式(冷凝管式)空气负离子检测仪的检测原理

    这种检测仪技术上已非常成熟,但由于内部复杂的结构及控制,造价成本高昂,这种结构可以有效解决平行电板式结构固有的电解边缘效应,同时圆筒本身的结构及特殊的进气方式可以保持气流通过的平顺性,对离子数量及大小的检测精确性有极大提高。

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    双重圆筒轴式(冷凝管式)原理的空气负离子检测仪结构设计图

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    采用双重圆筒轴式(冷凝管式)原理的日本COM-3200pro 专业型空气负离子检测仪

    在实际应用中,由于空气负离子检测仪需要实时采集空气样本,因此其工作状态属于开放式状态,但是这里就会碰到一个问题:所有电子产品都怕潮,也就是空气中的水分会对电子设备的正常工作带来影响,特别是在湿度比较大的时候,空气中的水气会吸附到空气负离子检测仪的传感器上面,从而造成测量数据误差的加大,因此,目前空气负离子检测仪基本是便携式为主,无法向其它气象、环境检测设备一样,实现全自动、无人持守工作。当然,生产厂家也一直在不断改进结构,市场上已经有在线式的全自动空气负离子监测设备在销售,当然,这些在线式空气负离子检测仪在工作过程当中还必需有专人的维护。

    当前,我国从旅游环境学角度来研究空气负离子,将空气负离子应用于旅游环境评价、生态保健旅游设施设计建造和旅游商品开发还处于探索阶段。不过,可喜的是,越来越多的地方已经在开始关注空气负离子,特别是国内许多旅游区,空气当中的负离子含量已成为某些风景区吸引游客的卖点。

    目前,张家口已经开展此项监测工作的县区有9个,监测点均为便携式空气负离子检测仪器测定,但是,这些监测点不具备生态系统类型分布的特征。根据计划,张家口市的大气负离子监测站点将选择在城区、近郊以及森林和湿地等生态类型分布具有一定特征的地区展开。为此,调研期间工作组分别对张家口的市民广场、明湖、察哈尔烈士陵园、安家沟、长城岭、闪电河国家湿地公园以及五花草甸等站点的大气负离子监测情况、站点环境特点以及设备使用情况等进行了交流。

    此次调研人员由中国气象局公共气象服务中心、气象探测中心,以及国家林业局调查规划设计院的相关专家组成。通过调研,中国气象局将就大气负离子监测站点的选址、操作规范、数据质控及处理、对外发布平台建设及流程等技术问题与国家林业局调查规划设计院进行商讨,联合制定《联合开展空气负氧离子监测工作》的方案,为后续相关工作的有序推进奠定基础。

    另据悉,今年,国家林业局和中国气象局计划在河北张家口、湖北十堰、山西朔州、重庆南川、江西上饶、广西桂林和浙江丽水全国7个试点城市联合开展大气负离子监测研究工作,张家口为合作调研的第一站。试点城市的选择需符合具有地理分布上的代表性、具有一定的负氧离子监测基础,以及在森林、湿地生态系统类型分布具有一定的特征等要求。

    资料整理:广州极端科技有限公司(部分内容来源于网络)

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