空氣負離子
空氣負（氧）離子（Negative air （oxygen） ion，NAI）是帶負電荷的單個氣體分子和氫離子團的總稱。在自然生态系統中，森林和濕地是産生空氣負（氧）離子的重要場所。[1]在空氣淨化、城市小氣候等方面有調節作用，其濃度水平是城市空氣質量評價的指标之一。
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簡介
概念
NAI主要是由空氣中含氧負離子與若幹個水分子結合形成的原子團，根據地理物理學和大地測量學國際聯盟的大氣聯合委員會采用的理論，NAI就是O2-（H2O）n，或OH-（H2O）n，CO4（H2O）2，是帶負電荷單個氣體分子以及其輕離子團的總稱。由于氧分子比CO2，N2等分子更具有親電性，因此氧分子會優先獲得電子形成負離子，所以NAI主要由負氧離子組成，故常被稱為空氣負氧離子。[2]
研究簡史
1889年德國的科學家Elster和Geitel首次發現了NAI的存在，19世紀末，德國物理學家菲利浦·萊昂納德博士在學術上首次證明負氧）離子對人體的功效[3] ，Aschkinass和Caspari等學者于1902年進一步肯定了NAI的生物學意義。1932年世界首台醫用NAI發生器誕生于美國。[2] [4]
功能作用
NAI作為活性氧的重要成員之一，由于其帶負電荷在結構上與超氧化物自由基相似，其氧化還原作用強，能夠破壞細菌病毒電荷的屏障及細菌細胞活性酶的活性；另外，NAI可以沉降空氣中的懸浮顆粒物[2]。然而負離子濃度并非越高越好，當濃度超過106個/cm3時，負離子對機體會産生一定的毒副作用。[5]
生成機理
大氣中除了氮氣、氧氣、二氧化碳、水汽和各種氣溶膠粒子外，還有一些離子化空氣。離子化空氣包括空氣的負離子和正離子。而空氣分子是由原子組成的，原子核和電子構成原子，原子核帶正電荷，電子帶負電荷。當空氣分子受到電離等外界條件，獲得足夠的能量時，脫離原子核束縛的外圍電子變成自由電子，失去電子的中性分子或原子核變成空氣正離子，而空氣中的中性分子或原子捕獲逃逸出來的自由電子時，則變成空氣負離子。[2]
NAI包括帶負電荷的單個氣體分子和輕離子團，大氣中NAI和空氣正離子是同時存在的。按照大氣離子體積的大小，可将其分為大離子、中離子和小離子。小離子是分子尺度大小的離子；大離子是大氣溶膠粒子吸附上小離子，成為帶上正電荷或負電荷的離子；而當空氣離子周圍聚集着幾個中性分子時，就成了中離子，其大小介于小離子和大離子之間。而目前大多研究分析讨論的NAI是指空氣負電荷小離子。[2]
生成方式
自然生成
生成NAI可以分為以下兩種方式：一種是自然生成，電離大氣分子需要能量，如宇宙射線和紫外線輻射，靜電力，光照，光合作用，照明激發，直接導緻中性氣體分子的初始電離。一般來說，從氣體電離所需的能源來看，有6種自然能源，包括宇宙射線，紫外線輻射和光電發射，岩石和土壤中放射性元素釋放的射線，瀑布沖擊和摩擦，照明激發和風暴[6] ，光合作用。[2]
人工生成
另一種是人工生成，産生空氣人造離子的方法有幾種，包括電暈放電，熱金屬電極或光電極的熱電子發射，放射性同位素的輻射，紫外線等。[2]
測定方法
NAI的測定分為NAI的測定和NAI的鑒定。NAI的測定可以由測量NAI通過導電管時大氣電導率的變化來實現。NAI的鑒定是通過電暈源來鑒定質譜産生的離子，可有效地測量單個分子的特性。通過這個方法已經确定了多種負離子，包括O-、O2-、O3-、CO4-、NO2-和NO3-等。[7]
評價方法
國内外對空氣負離子的評價還沒有統一的标準[8] [4] ，主要有單極系數、重離子與輕離子的比、安倍空氣質量評價系數（日本）、空氣離子相對密度（德國）等評價指數，其中單極系數和安倍空氣質量評價系數這兩個評價指标應用最廣[8] 。[4]
單極系數（q）
在正常大氣中，空氣正、負離子濃度一般不相等，這種特征被稱為大氣的單極性。單極性用單極系數來表示，即空氣中正離子與負離子的比值，即q=n /n-。單極系數越小，表示空氣中負離子濃度比正離子濃度高得越多，對人體越有利。日本學者研究表明，當n-大于1000個cm-3，且q值小于1時，空氣清潔舒适。[4] 當q>1時，空氣不清潔，而當q值增加到3以上，人們會感到煩躁不安。[2] 通常，低層大氣中q值在1~1.2之間；植被較多的地方q值小于1；高山上q值可低到0.53。[2]
安倍空氣質量評價系數（CI）
日本學者安倍通過對城市居民生活區空氣離子的研究，建立了安倍空氣離子評價指數。安倍空氣質量評價系數反映了空氣中離子濃度接近自然界空氣離子化水平的程度，CI=n-/1000q。[4] [2]
CI為空氣質量評價指數，n-為空氣負離子濃度（個·cm-3），q為單極系數，1000個/cm-3的負離子數為人體最基本的需要标準。空氣質量評價指數把空氣負離子作為指标，同時又考慮了正、負離子的構成比，較為全面和客觀，因此，在國外的城市空氣離子評價中已經得到了廣泛的應用。[4]
CI值越大，空氣質量越好，可劃分為以下5個等級，CI>1.00時，空氣質量為A級，最清潔；CI為1.00~0.70時，空氣質量為B級，清潔；CI為0.69~0.50時，空氣質量為C級，中等；CI為0.49~0.30時，空氣質量為D級，容許；CI<0.29 時，空氣質量為E級，0.29是臨界值[2] ，低于0.29則為污染空氣。
主要影響因素
植物群落模式
植物的光合作用釋放出的氧氣在短波紫外線輻射下，易發生光電效應，形成氧負離子，從而提升小區域空氣負離子水平。綠色植被覆蓋區域空氣負離子濃度要遠高于其他地區。不同的植被類型和植物群落，不同的林齡、郁閉度，對空氣負離子濃度的影響有很大的差異。[5]
環境氣象因子
有關空氣負離子濃度與氣象因子的相關性報道很多，研究普遍認為空氣負離子濃度與濕度正相關，與溫度負相關，風速對空氣負離子濃度的影響存在争議。水體的存在對負離子濃度有很大影響，例如瀑布、噴泉、濱海附近地區及雷雨過後空氣中的負離子含量都會有顯著的提高。此外，空氣中的懸浮物、二氧化碳、二氧化硫及氮氧化物等與空氣離子呈明顯的負相關。[5]
季節動态及晝夜動态
空氣負離子濃度變化具有顯著的季節動态及日動态。通常情況下空氣負離子濃度季節動态表現為夏季最高，春秋次之，冬季最低；而日動态表現為空氣負離子濃度白天平均值高于夜間平均值，清晨到上午最高，正午到午後次之，傍晚負離子濃度有一定回升，而夜晚空氣負離子濃度最低。[5]
相關争議
2000年12月9日東京大學的安井至教授曾在他的個人網站上抨擊負離子風潮，認為負離子是商家的行銷手段，并稱被那個自稱博士的人所騙得關西電視台的制作人與主播缺乏理性思考能力。[9]
2002年7月3日，日本《讀賣新聞》刊登了一則質疑負離子的報道，該報道中還有諾貝爾化學獎得主野依良治教授的評論：“倘若從科學的角度理解負離子，我們必須先行定義此物質的屬性，之後方有讨論其效果的可能；讓大衆去相信一個根本不存在的、自創的名詞，個人認為匪夷所思”。[9]
參考資料
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