负离子检测仪之：空气负离子的认识和评价体系

自英国学者威尔逊（Wilson）与法国学者埃尔斯特（Elster）和格特尔（Geitel）证实空气负离子的存在，人们对空气负离子的研究经历了近百年的发展、应用阶段。伴随研究的深入，有关负离子的各种功能被发现和应用，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”，空气负离子浓度水平也成为评价旅游环境空气清洁程度的重要指标。

那么，什么是空气负离子？它们是怎么来的呢？下面，我们就带大家来认识这位神秘的“健康先生”。

l  负离子的成因

我们知道，大气是由氧、氮、水蒸气、二氧化碳等多种气体组成的气体混合物，在正常情况下，气体分子及原子内的正负电荷相等，呈现中性。但在宇宙射线、太阳光线、电磁波、岩石和土壤的射线、海浪、瀑布的剪切作用以及各种气象活动所产生的能量作用下，气体分子中某些原子的外层电子会离开轨道，成为自由电子，呈负电极性，而失去一些电子的原子呈正电极性，这一现象称为“空气的电离”。游离的自由电子又会与其它中性的分子相结合，使得到多余电子的气体分子呈负电极性，被称为“大气负离子”或“空气负离子”。失去电子的气体分子则成为空气正离子。若干个带电分子形成的带电分子团,就被称为小离子（粒径为几纳米）；小离子碰到小的气溶胶，则轻易形成中离子（粒径为几十纳米）；假如气溶胶的体积较大，则形成大离子（粒径为几百纳米）。氧气、二氧化碳和水分子“捕捉”自由电子的能力较强，而氧气和水在空气中所占的比例较大，因此空气中的自由电子大部分被氧气分子和水分子“捕捉”而形成带氧原子的负离子，因子负离子也就习惯地被称为“负氧离子”。

负离子的形成机理

l  负离对健康的功效

空气负离子能还原来自大气的污染物质、氮氧化物、香烟等产生的活性氧（氧自由基）、减少过多活性氧对人体的危害；中和带正电的空气飘尘无电荷后沉降，使空气得到净化。在医学界，负离子被确认是具有杀灭病菌及净化空气的有效手段。其机理主要在于负离子与细菌结合后，使细菌产生结构的改变或能量的转移，导致细菌死亡，最终降沉于地面。医学研究表明，空气中带负电的微粒使血中含氧量增加，有利于血氧输送、吸收和利用，具有促进人体新陈代谢，提高人体免疫能力，增强人体肌能，调节肌体功能平衡的作用。据考证，负离子对人体7个系统，近30多种疾病具有抑制、缓解和辅助治疗作用，尤其对人体的保健作用更为明显。

负离子对人体健康的益处

在所有负离子中，特别是小粒径负离子对人体健康大有益处。这是因为，小负离子体积小，活性高，可以通过呼吸或直接通过皮肤进入人体，它能调节神经中枢的兴奋状态，改善肺的换气功能，改善血液循环，促进新陈代谢、增强免疫系统能力、使人精神振奋、进步工作效率等等。它还对高血压、气喘、流感、失眠、关节炎等很多疾病有一定的治疗作用，正因为它的诸多功能，才让空气负离子有“空气中的维生素” “ 空气维他命”“长寿素”等诸多美称。

另外，负离子对正离子的中和作用，可以产生除臭、除尘、防腐、抗菌、保鲜、烟雾和甲醛的分解、空气净化的效果。同样，空气中的尘埃等也会吸附小粒径负离子，因此空气中PM2.5细颗粒物等含量较高时，会降低空气中负离子的浓度。所以空气中小负离子的浓度也反映了大气质量的优劣程度。

l  负离子的种类区分及计量方式

从上面的介绍中，我们知道负离子有小粒径负离子、 中粒径负离子和大粒径负离子的区别，那么，它们是如何进行区分的呢。

在专业上我们用离子迁移率K来表示负离子的粒径大小, 而K值与粒径大小成反比。离子迁移率K（单位：cm2 / V•sec）表达了离子运动速度的快慢程度。即电场强度E=1V / cm时, 离子移动的速率(单位为cm / sec) ，其同样也就表示了离子体积的大小。由于在同一电场强度下，相应的离子体积越大，其运行速度越慢，相反体积越小的离子运行速度越快。因此，离子迁移率K值越大，就表示离子体积越小，K值越小，表示离子体积越大。我们通常指的小粒径负离子是指离子迁移率K≥0.4的负离子。

对于负离子的浓度计量，目前国际上比较流行的负离子浓度计量单位是每立方厘米空间的负离子个数, 即：个/cm3或 ions/c.c., 而我们国家目前采用的是：个/cm3。

l  负离子检测

空气离子测量仪是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。测量仪主要包括极化电源、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冷凝管式/双重圆筒轴式两种类型。

1)     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。

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。

平行电板式原理的空气负离子检测仪结构设计图

采用平行电板技术的 日本KEC-900 空气负离子检测仪

2)     冷凝管式/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。

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。

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

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

l  负离子等级标准

世界卫生组织规定：清新空气的负离子标准浓度为每立方厘米空气中不应低于1000~1500个。我国清洁空气的标准为：空气中有害物质如CO、HS、飘尘不超过国家允许标准，负离子与正离子比例为1：1.2。空气中负离子浓度多少不仅预示着空气质量的好坏，同时高负离子浓度的大气环境，对人类的健康有一定的医疗保健作用。

世界卫生组织规定的清新空气的负离子标准浓度

l  负离子浓度的研究价值

目前，在生态环境监测和空气质量检测中，负离子浓度已成为不可或缺的重要指标。空气负离子浓度观测、预告和研究主要应用于环境气象学、生态气象学、旅游气象学等学科。通过负离子监测网的建立，从生态气象、旅游气象的角度，开展不同时空标准、不同下垫面、不同天气过程、不同季节小粒径负离子浓度分布特征等的研究。气象部分利用负离子浓度与气象条件的关系，开展空气中负离子浓度气象条件预告，将大大地拓展气象服务领域和服务内容，能够产生较大的社会效益和潜伏的经济效益。环保部分利用负离子浓度与大气环境的关系，进行城市生态环境和室内外空气质量的监测，将具有重大的现实意义。

资料整理：广州极端科技有限公司（部分内容来源网络）

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