Die Ionisierung ist eine der Techniken, die verwendet wird, um Partikel aus der Luft zu entfernen. Ionen wirken als Kondensationskerne für kleine Partikel, die beim Zusammenkleben wachsen und ausfallen.

Die Ionenkonzentration in geschlossenen Innenräumen ist in der Regel und wenn keine zusätzlichen Ionenquellen vorhanden sind, geringer als in offenen Räumen. Daher die Überzeugung, dass eine Erhöhung der Konzentration negativer Ionen in der Raumluft die Luftqualität verbessert.

Einige Studien, die auf epidemiologischen Daten und geplanter experimenteller Forschung basieren, behaupten, dass eine Erhöhung der Konzentration negativer Ionen in Arbeitsumgebungen zu einer verbesserten Arbeitseffizienz führt und die Stimmung der Mitarbeiter verbessert, während positive Ionen eine negative Wirkung haben. Parallele Studien zeigen jedoch, dass die vorhandenen Daten zu den Auswirkungen negativer Ionisierung auf die Produktivität der Arbeitnehmer inkonsistent und widersprüchlich sind. Daher scheint es immer noch nicht möglich zu sein, eindeutig zu behaupten, dass die Erzeugung negativer Ionen wirklich vorteilhaft ist.

Natürliche Ionisierung

Einzelne Gasmoleküle in der Atmosphäre können durch Aufnahme eines Elektrons negativ oder durch Abgabe eines Elektrons positiv ionisiert werden. Damit dies geschehen kann, muss ein bestimmtes Molekül zunächst genügend Energie gewinnen – normalerweise als Energie bezeichnet Ionisationsenergie dieses bestimmten Moleküls. In der Natur kommen viele Energiequellen sowohl kosmischen als auch terrestrischen Ursprungs vor, die dieses Phänomen hervorrufen können: Hintergrundstrahlung in der Atmosphäre; elektromagnetische Sonnenwellen (insbesondere ultraviolette), kosmische Strahlung, Zerstäubung von Flüssigkeiten wie der Sprühnebel von Wasserfällen, die Bewegung großer Luftmassen über der Erdoberfläche, elektrische Phänomene wie Blitze und Stürme, Verbrennungsprozesse und radioaktive Substanzen .

Die elektrischen Konfigurationen der auf diese Weise gebildeten Ionen scheinen, obwohl sie noch nicht vollständig bekannt sind, die Ionen der Karbonisierung und des H einzuschließen₊, H₃O₊, The₊, N₊, OH^-, H₂O^- und O₂^-. Diese ionisierten Moleküle können sich durch Adsorption an schwebenden Partikeln (Nebel, Kieselsäure und andere Verunreinigungen) ansammeln. Ionen werden nach ihrer Größe und ihrer Mobilität klassifiziert. Letzteres ist definiert als eine Geschwindigkeit in einem elektrischen Feld, ausgedrückt als Einheit wie Zentimeter pro Sekunde mal Spannung pro Zentimeter (cm/s/V/cm), oder, kompakter,

Atmosphärische Ionen neigen dazu, durch Rekombination zu verschwinden. Ihre Halbwertszeit hängt von ihrer Größe ab und ist umgekehrt proportional zu ihrer Mobilität. Negative Ionen sind statistisch kleiner und haben eine Halbwertszeit von mehreren Minuten, während positive Ionen größer sind und ihre Halbwertszeit etwa eine halbe Stunde beträgt. Das räumliche Ladung ist der Quotient aus der Konzentration positiver Ionen und der Konzentration negativer Ionen. Der Wert dieser Beziehung ist größer als eins und hängt von Faktoren wie Klima, Standort und Jahreszeit ab. In Wohnräumen kann dieser Koeffizient Werte kleiner eins annehmen. Die Eigenschaften sind in Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1. Eigenschaften von Ionen mit bestimmten Mobilitäten und Durchmessern

Künstliche Ionisation

Menschliche Aktivitäten verändern die natürliche Ionisierung der Luft. Künstliche Ionisierung kann durch industrielle und nukleare Prozesse und Brände verursacht werden. In der Luft schwebender Feinstaub begünstigt die Bildung von Langevin-Ionen (auf Feinstaub aggregierte Ionen). Elektrische Strahler erhöhen die Konzentration positiver Ionen erheblich. Auch Klimaanlagen erhöhen die räumliche Aufladung der Raumluft.

An Arbeitsplätzen gibt es Maschinen, die gleichzeitig positive und negative Ionen produzieren, wie im Fall von Maschinen, die wichtige lokale Quellen mechanischer Energie (Pressen, Spinn- und Webmaschinen), elektrischer Energie (Motoren, elektronische Drucker, Kopierer, Hochspannungsleitungen und -installationen) sind ), elektromagnetische Energie (Kathodenstrahlbildschirme, Fernseher, Computermonitore) oder radioaktive Energie (Kobalt-42-Therapie). Diese Art von Ausrüstung schafft Umgebungen mit höheren Konzentrationen an positiven Ionen aufgrund der höheren Halbwertszeit der letzteren im Vergleich zu negativen Ionen.

Umweltkonzentrationen von Ionen

Konzentrationen von Ionen variieren mit Umgebungs- und meteorologischen Bedingungen. In Gebieten mit geringer Verschmutzung, wie in Wäldern und Bergen oder in großen Höhen, wächst die Konzentration kleiner Ionen; In Gebieten in der Nähe von radioaktiven Quellen, Wasserfällen oder Stromschnellen können die Konzentrationen Tausende kleiner Ionen pro Kubikzentimeter erreichen. In Meeresnähe und bei hoher Luftfeuchtigkeit kommt es hingegen zu einem Überschuss an großen Ionen. Im Allgemeinen beträgt die durchschnittliche Konzentration negativer und positiver Ionen in sauberer Luft 500 bzw. 600 Ionen pro Kubikzentimeter.

Einige Winde können große Konzentrationen positiver Ionen transportieren – der Föhn in der Schweiz, der Santa Ana in den Vereinigten Staaten, der Sirocco in Nordafrika, der Chinook in den Rocky Mountains und der Sharav im Nahen Osten.

An Arbeitsplätzen, an denen keine nennenswerten ionisierenden Faktoren vorhanden sind, kommt es häufig zu einer Ansammlung großer Ionen. Dies gilt zum Beispiel besonders an hermetisch abgeriegelten Orten und in Bergwerken. Die Konzentration negativer Ionen nimmt in Innenräumen und in kontaminierten oder staubigen Bereichen deutlich ab. Es gibt viele Gründe, warum die Konzentration negativer Ionen auch in Innenräumen mit Klimaanlagen abnimmt. Ein Grund dafür ist, dass negative Ionen in Luftkanälen und Luftfiltern eingeschlossen bleiben oder von positiv geladenen Oberflächen angezogen werden. Kathodenstrahlbildschirme und Computermonitore beispielsweise sind positiv geladen und erzeugen in ihrer unmittelbaren Umgebung ein Mikroklima ohne negative Ionen. Luftfiltersysteme, die für „Reinräume“ entwickelt wurden, die erfordern, dass die Kontamination mit Partikeln auf einem sehr niedrigen Minimum gehalten wird, scheinen auch negative Ionen zu eliminieren.

Andererseits kondensiert ein Überschuss an Feuchtigkeit Ionen, während ein Mangel an Feuchtigkeit trockene Umgebungen mit großen Mengen elektrostatischer Aufladung schafft. Diese elektrostatischen Aufladungen reichern sich in Kunststoffen und Kunstfasern an, sowohl im Raum als auch am Menschen.

Ionengeneratoren

Generatoren ionisieren Luft, indem sie eine große Energiemenge liefern. Diese Energie kann von einer Alphastrahlungsquelle (wie Tritium) oder von einer Elektrizitätsquelle durch Anlegen einer Hochspannung an eine spitz zulaufende Elektrode stammen. Radioaktive Quellen sind in den meisten Ländern wegen der sekundären Probleme der Radioaktivität verboten.

Elektrische Generatoren bestehen aus einer spitzen Elektrode, die von einer Krone umgeben ist; Die Elektrode wird mit einer negativen Spannung von Tausenden Volt versorgt und die Krone ist geerdet. Negative Ionen werden ausgestoßen, während positive Ionen vom Generator angezogen werden. Die Menge der erzeugten negativen Ionen steigt proportional zur angelegten Spannung und zur Anzahl der enthaltenen Elektroden. Generatoren mit einer größeren Anzahl von Elektroden und einer niedrigeren Spannung sind sicherer, da der Generator bei einer Spannung von mehr als 8,000 bis 10,000 Volt nicht nur Ionen, sondern auch Ozon und einige Stickoxide erzeugt. Die Verbreitung von Ionen wird durch elektrostatische Abstoßung erreicht.

Die Wanderung von Ionen hängt von der Ausrichtung des Magnetfelds ab, das zwischen dem Emissionspunkt und den Objekten, die ihn umgeben, erzeugt wird. Die Konzentration von Ionen, die die Generatoren umgeben, ist nicht homogen und nimmt mit zunehmendem Abstand von ihnen deutlich ab. In diesem Gerät installierte Ventilatoren vergrößern die Ionenverteilungszone. Es ist wichtig, daran zu denken, dass die aktiven Elemente der Generatoren regelmäßig gereinigt werden müssen, um eine ordnungsgemäße Funktion sicherzustellen.

Die Generatoren können auch auf der Zerstäubung von Wasser, auf thermoelektrischen Effekten oder auf ultravioletten Strahlen basieren. Es gibt viele verschiedene Arten und Größen von Generatoren. Sie können an Decken und Wänden installiert werden oder können überall platziert werden, wenn sie vom kleinen, tragbaren Typ sind.

Ionen messen

Ionenmessgeräte werden hergestellt, indem zwei leitfähige Platten im Abstand von 0.75 cm angeordnet und eine variable Spannung angelegt werden. Gesammelte Ionen werden mit einem Picoamperemeter gemessen und die Stromstärke registriert. Variable Spannungen erlauben die Messung von Konzentrationen von Ionen mit unterschiedlichen Mobilitäten. Die Ionenkonzentration (N) errechnet sich aus der Stärke des erzeugten elektrischen Stroms nach folgender Formel:

woher I ist der Strom in Ampere, V ist die Geschwindigkeit des Luftstroms, q ist die Ladung eines einwertigen Ions (1.6x10^-19) in Coulomb und A ist die effektive Fläche der Kollektorplatten. Es wird angenommen, dass alle Ionen eine einzige Ladung haben und alle im Kollektor zurückgehalten werden. Es sollte beachtet werden, dass diese Methode aufgrund von Hintergrundstrom und dem Einfluss anderer Faktoren wie Feuchtigkeit und statischer Elektrizitätsfelder ihre Grenzen hat.

Die Auswirkungen von Ionen auf den Körper

Kleine negative Ionen sind diejenigen, die aufgrund ihrer größeren Mobilität die größte biologische Wirkung haben sollen. Hohe Konzentrationen negativer Ionen können mikroskopisch kleine Krankheitserreger abtöten oder deren Wachstum blockieren, es wurden jedoch keine nachteiligen Auswirkungen auf den Menschen beschrieben.

Einige Studien deuten darauf hin, dass die Exposition gegenüber hohen Konzentrationen negativer Ionen bei manchen Menschen biochemische und physiologische Veränderungen hervorruft, die eine entspannende Wirkung haben, Anspannung und Kopfschmerzen reduzieren, die Wachsamkeit verbessern und die Reaktionszeit verkürzen. Diese Effekte könnten auf die Unterdrückung des neuralen Hormons Serotonin (5-HT) und von Histamin in mit negativen Ionen belasteten Umgebungen zurückzuführen sein; diese Faktoren könnten einen überempfindlichen Teil der Bevölkerung betreffen. Andere Studien kommen jedoch zu unterschiedlichen Schlussfolgerungen bezüglich der Auswirkungen negativer Ionen auf den Körper. Daher sind die Vorteile der negativen Ionisierung immer noch offen für Diskussionen und weitere Studien sind erforderlich, bevor die Angelegenheit entschieden wird.

Zurück