La ionizzazione è una delle tecniche utilizzate per eliminare il particolato dall'aria. Gli ioni agiscono come nuclei di condensazione per piccole particelle che, aderendo tra loro, crescono e precipitano.

La concentrazione di ioni negli ambienti interni chiusi è, in linea generale e in assenza di ulteriori fonti di ioni, inferiore a quella degli ambienti aperti. Da qui la convinzione che l'aumento della concentrazione di ioni negativi nell'aria interna migliori la qualità dell'aria.

Alcuni studi basati su dati epidemiologici e su ricerche sperimentali pianificate affermano che l'aumento della concentrazione di ioni negativi negli ambienti di lavoro porta a una migliore efficienza dei lavoratori e migliora l'umore dei dipendenti, mentre gli ioni positivi hanno un effetto negativo. Tuttavia, studi paralleli mostrano che i dati esistenti sugli effetti della ionizzazione negativa sulla produttività dei lavoratori sono incoerenti e contraddittori. Pertanto, sembra che non sia ancora possibile affermare inequivocabilmente che la generazione di ioni negativi sia realmente benefica.

Ionizzazione naturale

Le singole molecole di gas nell'atmosfera possono ionizzarsi negativamente acquistando o positivamente perdendo un elettrone. Affinché ciò avvenga, una data molecola deve prima guadagnare abbastanza energia, solitamente chiamata energia ionizzata di quella particolare molecola. Esistono in natura molte fonti di energia, sia di origine cosmica che terrestre, in grado di produrre questo fenomeno: radiazione di fondo nell'atmosfera; onde elettromagnetiche solari (soprattutto ultraviolette), raggi cosmici, atomizzazione di liquidi come gli spruzzi provocati dalle cascate, movimento di grandi masse d'aria sulla superficie terrestre, fenomeni elettrici come fulmini e tempeste, processo di combustione e sostanze radioattive .

Le configurazioni elettriche degli ioni che si formano in questo modo, pur non essendo ancora del tutto note, sembrano includere gli ioni di carbonatazione e H₊, H₃O₊, O₊, N₊, OH^-, H₂O^- E O₂^-. Queste molecole ionizzate possono aggregarsi per adsorbimento su particelle sospese (nebbia, silice e altri contaminanti). Gli ioni sono classificati in base alla loro dimensione e alla loro mobilità. Quest'ultima è definita come una velocità in un campo elettrico espressa come unità come centimetri al secondo per tensione per centimetro (cm/s/V/cm), o, più compattamente,

Gli ioni atmosferici tendono a scomparire per ricombinazione. La loro emivita dipende dalle loro dimensioni ed è inversamente proporzionale alla loro mobilità. Gli ioni negativi sono statisticamente più piccoli e la loro emivita è di alcuni minuti, mentre gli ioni positivi sono più grandi e la loro emivita è di circa mezz'ora. Il carica spaziale è il quoziente della concentrazione di ioni positivi e la concentrazione di ioni negativi. Il valore di questa relazione è maggiore di uno e dipende da fattori quali il clima, la località e la stagione dell'anno. Negli spazi abitativi questo coefficiente può assumere valori inferiori a uno. Le caratteristiche sono riportate nella tabella 1.

Tabella 1. Caratteristiche degli ioni di data mobilità e diametro

Ionizzazione artificiale

L'attività umana modifica la ionizzazione naturale dell'aria. La ionizzazione artificiale può essere causata da processi e incendi industriali e nucleari. Il particolato sospeso in aria favorisce la formazione di ioni Langevin (ioni aggregati sul particolato). I radiatori elettrici aumentano notevolmente la concentrazione di ioni positivi. I condizionatori d'aria aumentano anche la carica spaziale dell'aria interna.

I luoghi di lavoro dispongono di macchinari che producono contemporaneamente ioni positivi e negativi, come nel caso di macchine che sono importanti fonti locali di energia meccanica (presse, macchine per filatura e tessitura), energia elettrica (motori, stampanti elettroniche, fotocopiatrici, linee e impianti ad alta tensione ), energia elettromagnetica (schermi a raggi catodici, televisori, monitor di computer) o energia radioattiva (terapia con cobalto-42). Questi tipi di apparecchiature creano ambienti con concentrazioni più elevate di ioni positivi a causa della maggiore emivita di quest'ultimo rispetto agli ioni negativi.

Concentrazioni ambientali di ioni

Le concentrazioni di ioni variano a seconda delle condizioni ambientali e meteorologiche. Nelle zone poco inquinate, come boschi e montagne, oa grandi altitudini, cresce la concentrazione di piccoli ioni; nelle aree vicine a sorgenti radioattive, cascate o rapide fluviali le concentrazioni possono raggiungere migliaia di piccoli ioni per centimetro cubo. In prossimità del mare e quando i livelli di umidità sono elevati, invece, c'è un eccesso di ioni grossi. In generale, la concentrazione media di ioni negativi e positivi nell'aria pulita è rispettivamente di 500 e 600 ioni per centimetro cubo.

Alcuni venti possono trasportare grandi concentrazioni di ioni positivi: il Föhn in Svizzera, il Santa Ana negli Stati Uniti, lo Scirocco in Nord Africa, il Chinook nelle Montagne Rocciose e lo Sharav in Medio Oriente.

Nei luoghi di lavoro in cui non sono presenti fattori ionizzanti significativi si verifica spesso un accumulo di ioni di grandi dimensioni. Ciò è particolarmente vero, ad esempio, nei luoghi ermeticamente chiusi e nelle miniere. La concentrazione di ioni negativi diminuisce sensibilmente negli ambienti interni e nelle zone contaminate o polverose. Sono molte le ragioni per cui la concentrazione di ioni negativi diminuisce anche negli ambienti interni dotati di impianti di climatizzazione. Uno dei motivi è che gli ioni negativi rimangono intrappolati nei condotti dell'aria e nei filtri dell'aria o sono attratti da superfici caricate positivamente. Schermi a raggi catodici e monitor di computer, ad esempio, sono caricati positivamente, creando nelle loro immediate vicinanze un microclima carente di ioni negativi. Anche i sistemi di filtrazione dell'aria progettati per le “camere bianche” che richiedono livelli minimi di contaminazione da particolato sembrano eliminare gli ioni negativi.

Al contrario, un eccesso di umidità condensa gli ioni, mentre una sua mancanza crea ambienti secchi con grandi quantità di cariche elettrostatiche. Queste cariche elettrostatiche si accumulano nelle fibre plastiche e sintetiche, sia nell'ambiente che sulle persone.

Generatori di ioni

I generatori ionizzano l'aria fornendo una grande quantità di energia. Questa energia può provenire da una sorgente di radiazione alfa (come il trizio) o da una sorgente di elettricità mediante l'applicazione di un'alta tensione a un elettrodo appuntito. Le sorgenti radioattive sono vietate nella maggior parte dei paesi a causa dei problemi secondari della radioattività.

I generatori elettrici sono costituiti da un elettrodo appuntito circondato da una corona; l'elettrodo è alimentato con una tensione negativa di migliaia di volt e la corona è collegata a terra. Gli ioni negativi vengono espulsi mentre gli ioni positivi sono attratti dal generatore. La quantità di ioni negativi generati aumenta in proporzione alla tensione applicata e al numero di elettrodi che contiene. I generatori che hanno un numero maggiore di elettrodi e utilizzano una tensione inferiore sono più sicuri, perché quando la tensione supera gli 8,000-10,000 volt il generatore produrrà non solo ioni, ma anche ozono e alcuni protossido di azoto. La diffusione degli ioni è ottenuta per repulsione elettrostatica.

La migrazione degli ioni dipenderà dall'allineamento del campo magnetico generato tra il punto di emissione e gli oggetti che lo circondano. La concentrazione di ioni che circondano i generatori non è omogenea e diminuisce notevolmente all'aumentare della distanza da essi. I ventilatori installati in questa apparecchiatura aumenteranno la zona di dispersione ionica. È importante ricordare che gli elementi attivi dei generatori devono essere puliti periodicamente per garantire il corretto funzionamento.

I generatori possono anche essere basati sull'atomizzazione dell'acqua, sugli effetti termoelettrici o sui raggi ultravioletti. Ci sono molti diversi tipi e dimensioni di generatori. Possono essere installati su soffitti e pareti o possono essere posizionati ovunque se sono di tipo piccolo e portatile.

Misurare gli ioni

I dispositivi di misurazione degli ioni sono realizzati posizionando due piastre conduttive a 0.75 cm di distanza e applicando una tensione variabile. Gli ioni raccolti vengono misurati da un picoamperemetro e viene registrata l'intensità della corrente. Le tensioni variabili consentono la misurazione delle concentrazioni di ioni con diverse mobilità. La concentrazione di ioni (N) è calcolato dall'intensità della corrente elettrica generata utilizzando la seguente formula:

where I è la corrente in ampere, V è la velocità del flusso d'aria, q è la carica di uno ione univalente (1.6x10^-19) in Coulomb e A è l'area effettiva delle piastre del collettore. Si presume che tutti gli ioni abbiano una singola carica e che siano tutti trattenuti nel collettore. Va tenuto presente che questo metodo ha i suoi limiti dovuti alla corrente di fondo e all'influenza di altri fattori quali umidità e campi di elettricità statica.

Gli effetti degli ioni sul corpo

I piccoli ioni negativi sono quelli che dovrebbero avere il maggiore effetto biologico a causa della loro maggiore mobilità. Alte concentrazioni di ioni negativi possono uccidere o bloccare la crescita di patogeni microscopici, ma non sono stati descritti effetti avversi sull'uomo.

Alcuni studi suggeriscono che l'esposizione ad alte concentrazioni di ioni negativi produce cambiamenti biochimici e fisiologici in alcune persone che hanno un effetto rilassante, riducono la tensione e il mal di testa, migliorano la vigilanza e riducono i tempi di reazione. Questi effetti potrebbero essere dovuti alla soppressione dell'ormone neurale serotonina (5-HT) e dell'istamina in ambienti carichi di ioni negativi; questi fattori potrebbero influenzare un segmento ipersensibile della popolazione. Tuttavia, altri studi giungono a conclusioni diverse sugli effetti degli ioni negativi sul corpo. Pertanto, i vantaggi della ionizzazione negativa sono ancora aperti al dibattito e sono necessari ulteriori studi prima che la questione venga decisa.

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