中国建筑材料科学研究院一、空气中负离子及其对人体健康和环境的作用 空气中离子(air ion)对人体医疗和生理影响的研究早在20世纪30年代就有论述【l】。究竟空 气中的离子由什么离子组成.对人有益的是那些离子,近些年来才有了较为明确的回答。空气中的 离子由正离子和负离子组成。正离子多为带正电的矿物离子(如:铁矿尘和砂岩粉尘中带正电的粒 子敷比带负电的粒子数多嘲)和大气电离产生的N:+、02+及存在寿命较短的H,O+(H:o)-(n由水蒸 汽量和温度决定,地表附近大气中IF3~6)的离子组成。此外,由于大气污染还存在其他有机体与 水的复合正离子f3l。空气中的负离子包括一些带负电的粉尘粒子(比带正电的粒子数少)、大气电 离产生的02一、02-(H20)。和水化羟基离子畔302)一等等。 02一(H:0)。不稳定会与空气中的酸性 气体C02、Sq、SO、NO、N02、N2吼等反应形成其他带负电离子.在环境污染较轻的空气中, 负离子浓度较高。 目前负离子的问题已引起世界的普遍关注.在1980年德国医学界率先证明,正离子多的地方 人们得各种慢性疾病的比率高,发生交通事故也多:“山水”好的地方负离子多,空气明显清新, 发病率底.日本医学界对空气离子的作用一直较为重视,进行了大量的观测和临床实验,证明了负 离子对人体的健康有益。日本Kubo等人认为[.】.对人健康有益的负离子应是“水化羟基离子(H,09 ~,并称之为“负碱性离子(minus alkali ion)”。 负离子对人体健康的影响可归纳为以下几方面: (1)负离子直接影响细胞膜的电位,提高细胞的各种功能,促进新陈代谢,增加机体免疫能力。 (2)碱性离子可增加细胞的渗透性.增加吸氧量,改善肺功能。 (3)带有一个电子的负离子通过呼吸进入人体.调整血液的酸碱度,使之为弱碱性。碱性离子 具有表面活性剂的作用,使血管中的胆固醇形成胶体而分散,减轻血液的絮凝,降低血压。 (4)呼吸负离子空气具有安定自律神经、控制交感神经。改善睡眠效果,并且增加发汗量,增 加脑波a波,减轻疲劳. (5)负离子的作用还有控制炎症、镇痛、抗癌,对肝硬化、糖尿病、神经麻痹和神经病均有治 疗效果。 此外,负离子还具有清新空气、消除臭味和抗菌作用.空气中适当浓度的负离子对人的健康、 长寿和生态的重大影响,已被国内外医学专家及科学工作者所证实.在森林、海滨、瀑布郊外污染 较少的地方.空气中负离子浓度较高(1000至几千个,c一之间)。因此.空气中的负离子被称为“长 寿素”或“空气维生紊”. 二、负离子的产生机理 空气中的负离子通常来自大自然。负离子的产生最根本的是要使空气中的气体分子电离.产 生电子转移.所以,要使气体电离必须有能量的来源.如光能、化学能、机械能、生物能和电都可 B墩气体分子电离.产生负离子.空气中负离子的产生与温度、湿度、光照和气体的流动等都有关 系.Kubo等人利用电气石粉末.制造负碱性离子(minus alkali ion)发生器,提出要求空气湿度在 40%-60%问.我们的研究发现.负离子浓度与湿度近似成指数关系.当空气相对湿度大于50%时, 即使在密闭的容器中无负离子发生材料,负离子浓度也会显著增加,佐证了Kubo等人提出的“负 碱性离子”的理论。 归纳产生负离子的可能机理有: l、机械作用 空气中分子的机械运动能量转化为化学能.使空气中水分子电离.产生负离子.一种情况是, 由于空气的热运动.空气分子产生摩擦、相互碰撞导致气体分子的电离或电荷转移产生负离子(如, 产生OH璃子.水化后形成唧,O:)一)。另一种情况是由于水的落差,水分子与空气摩擦或水分子之 间的撞击致气体分子的电离或电荷转移产生负离子。所以,有瀑布的地方空气湿度较大,空气中负 离子浓度比较高。此外,用湿拖把拖地板后,空气中负离子浓度增加,感觉空气清新,也是由于摩 擦而产生负离子。 2、光作用 在阳光(可见光、红外线、紫外线)、宇宙射线、岩石和土壤的放射作用下,空气中分子吸收 光子和Y射线而电离。在室外.田野里负离子浓度较高与此有关。 3、静电作用 外加电场作用使气体电离或尖端放电气体分子俘获电子而成为负离子。所以雷雨过后,空气 中负离子浓度高,空气非常清新。 4、化学能与生物能作用 植物的光合作用、海洋的藻类所提供的生物能量也可增加空气中的负离子。总之,负离子的产 生必须有能量的来源和负电荷的载体(水)。 三、产生负离子的材料 人们认识了负离子的作用,制造了负离子发生装置,如负离子发生器。大部分负离子发生装置 都是靠电离空气来产生的。能量的来源靠电能。这种办法的缺点是一方面消耗能源;另一方面,几 千伏特的高压电离空气分子.会产生0.、Oz"、O;’、NO"等负离子和N02,有害于人的健康。此外, 实验发现利用电离产生的负离子易复合,在距离尖端放电负离子发生器约1米远处,由于正负离子 的复合,负离子浓度恢复为室内一般水平.所以.靠高压电离来产生空气负离子是不可取的。 日本对电气石产生负离子及对人的健康影响作了较多研究。电气石产生负离子((H,02)一)具 有防腐、安眠、净化空气、除臭、抗菌、调整水质等作用。它是一种天然晶体材料.属三方晶系. 呈复三方柱状。电气石的化学式为勰小16B。0口(0H).其中,x为Na、K、Ca,R为Mg、Fe、Mn、Li和Al等.X的种类和含量直接影响电气石的颜色。其产生负离子的原因,一般认为其内部存在永久性 电极,电离空气中的水分子而产生(H02)一。电气石能电解水的证据是分析在放有电气石粉末的水 面上的空气中存在氢气【4】。 此外,一些无机氧化物复合粉体也可在空气中诱发负离子【5】。我们发现稀土的复合盐也具有导 致空气中分子电离的功能,而增加空气中负离子的浓度【6】。现在人们在研究负离子纤维,笔者认为, 橡胶棒与毛皮摩擦可以使两者带电,空气分子与纤维碰撞后,纤维分子中原子的电子会转移到空气 分子上去,而使空气分子带负电。所以.负离子纤维产生负离子的机理应是自由电子的转移。其产 生负离子机理不能与电气石产生负离子相提并论,因而负离子的主要成分也不可能是(H309一。现 在的负离子织物,应是由含有产生负离子材料(如微米至纳米级电气石粉末)的纤维织成。 总之.负离子的产生必须具备两个条件,一是能量来源.二是空气中存在水分子.负离子发生 材料起到的是“促使”空气分子电离或发生电子转移的作用。 参考文献t 【l】.Shoichi Kimura.Theory kirIon.Publi￥hed Nankaldo,May8,1938 【2】.天津大学物理化学教研室.物理化学.北京:高等教育出版社,1990 【3].长门研吉.大气{才70化学组成.静电气学会志,23,1(1999):37—43 [4】.Xubo.United States Patent 5728288,520789 【5】.刘傻空等人,中国专利,公告号1227205,申请号98100461 【6】.金宗哲,梁金生,王静.中国专利.公告号1242943,申请号99111380