Ионизация является одним из методов, используемых для удаления твердых частиц из воздуха. Ионы действуют как ядра конденсации для мелких частиц, которые, слипаясь, растут и выпадают в осадок.

Концентрация ионов в закрытых помещениях, как правило, и при отсутствии дополнительных источников ионов ниже, чем в открытых помещениях. Отсюда убеждение, что увеличение концентрации отрицательных ионов в воздухе помещений улучшает качество воздуха.

В некоторых исследованиях, основанных на эпидемиологических данных и запланированных экспериментальных исследованиях, утверждается, что увеличение концентрации отрицательных ионов в рабочей среде приводит к повышению работоспособности и улучшению настроения сотрудников, а положительные ионы оказывают неблагоприятное воздействие. Однако параллельные исследования показывают, что имеющиеся данные о влиянии отрицательной ионизации на производительность труда непоследовательны и противоречивы. Поэтому, кажется, еще нельзя однозначно утверждать, что генерация отрицательных ионов действительно полезна.

Естественная ионизация

Отдельные молекулы газа в атмосфере могут ионизироваться отрицательно, приобретая или положительно теряя электрон. Чтобы это произошло, данная молекула должна сначала получить достаточную энергию, обычно называемую энергия ионизации этой конкретной молекулы. В природе встречается множество источников энергии как космического, так и земного происхождения, способных вызвать это явление: радиационный фон в атмосфере; электромагнитные солнечные волны (особенно ультрафиолетовые), космические лучи, распыление жидкостей, например брызги, вызванные водопадами, движение больших масс воздуха над земной поверхностью, электрические явления, такие как молнии и бури, процесс горения и радиоактивных веществ .

Электрические конфигурации ионов, которые образуются таким образом, хотя и не полностью известны, по-видимому, включают ионы карбонизации и H₊, H₃O₊,₊, N₊ОН^–, H₂O^– И O₂^–. Эти ионизированные молекулы могут агрегировать за счет адсорбции на взвешенных частицах (туман, кремнезем и другие загрязняющие вещества). Ионы классифицируются в зависимости от их размера и подвижности. Последняя определяется как скорость в электрическом поле, выраженная в таких единицах, как сантиметры в секунду, через напряжение на сантиметр (см/с/В/см), или, более компактно,

Атмосферные ионы имеют тенденцию исчезать в результате рекомбинации. Их период полураспада зависит от их размера и обратно пропорционален их подвижности. Отрицательные ионы статистически меньше, и их период полураспада составляет несколько минут, в то время как положительные ионы больше, и их период полураспада составляет около получаса. пространственный заряд является отношением концентрации положительных ионов к концентрации отрицательных ионов. Значение этого отношения больше единицы и зависит от таких факторов, как климат, местоположение и время года. В жилых помещениях этот коэффициент может иметь значения меньше единицы. Характеристики приведены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики ионов заданных подвижностей и диаметра

Искусственная ионизация

Деятельность человека изменяет естественную ионизацию воздуха. Искусственная ионизация может быть вызвана промышленными и ядерными процессами и пожарами. Твердые частицы, взвешенные в воздухе, способствуют образованию ионов Ланжевена (ионов, агрегированных на твердых частицах). Электрические радиаторы значительно увеличивают концентрацию положительных ионов. Кондиционеры также увеличивают объемный заряд воздуха в помещении.

На рабочих местах имеется оборудование, производящее положительные и отрицательные ионы одновременно, как и в случае машин, являющихся важными локальными источниками механической энергии (прессы, прядильные и ткацкие станки), электрической энергии (двигатели, электронные принтеры, копировальные аппараты, высоковольтные линии и установки). ), электромагнитной энергии (электронно-лучевые экраны, телевизоры, компьютерные мониторы) или радиоактивной энергии (терапия кобальтом-42). Эти виды оборудования создают среду с более высокой концентрацией положительных ионов из-за более высокого периода полураспада последних по сравнению с отрицательными ионами.

Концентрация ионов в окружающей среде

Концентрации ионов варьируются в зависимости от условий окружающей среды и метеорологических условий. В районах с небольшим загрязнением, например в лесах и горах, или на больших высотах концентрация малых ионов возрастает; в районах, близких к радиоактивным источникам, водопадам или речным порогам, концентрации могут достигать тысяч малых ионов на кубический сантиметр. С другой стороны, вблизи моря и при высоком уровне влажности наблюдается избыток крупных ионов. В целом средняя концентрация отрицательных и положительных ионов в чистом воздухе составляет 500 и 600 ионов на кубический сантиметр соответственно.

Некоторые ветры могут нести большие концентрации положительных ионов — Фён в Швейцарии, Санта-Ана в Соединенных Штатах, Сирокко в Северной Африке, Чинук в Скалистых горах и Шарав на Ближнем Востоке.

На рабочих местах, где отсутствуют значительные ионизирующие факторы, часто происходит скопление крупных ионов. Особенно это актуально, например, в герметичных местах и ​​в шахтах. Концентрация отрицательных ионов значительно снижается во внутренних помещениях, а также в загрязненных или запыленных помещениях. Существует множество причин, по которым концентрация отрицательных ионов также снижается в помещениях с системами кондиционирования воздуха. Одна из причин заключается в том, что отрицательные ионы остаются в воздуховодах и воздушных фильтрах или притягиваются к положительно заряженным поверхностям. Электронно-лучевые экраны и компьютерные мониторы, например, заряжаются положительно, создавая в непосредственной близости от них микроклимат, бедный отрицательными ионами. Системы фильтрации воздуха, предназначенные для «чистых помещений», которые требуют, чтобы уровни загрязнения твердыми частицами поддерживались на очень низком минимуме, по-видимому, также устраняют отрицательные ионы.

С другой стороны, избыток влаги приводит к конденсации ионов, а ее недостаток создает сухую среду с большим количеством электростатических зарядов. Эти электростатические заряды накапливаются в пластиковых и синтетических волокнах как в помещении, так и на людях.

Генераторы ионов

Генераторы ионизируют воздух, вырабатывая большое количество энергии. Эта энергия может исходить от источника альфа-излучения (такого как тритий) или от источника электричества при приложении высокого напряжения к остроконечному электроду. Радиоактивные источники запрещены в большинстве стран из-за второстепенных проблем радиоактивности.

Электрогенераторы сделаны из заостренного электрода, окруженного короной; на электрод подается отрицательное напряжение в тысячи вольт, а коронка заземляется. Отрицательные ионы выбрасываются, а положительные ионы притягиваются к генератору. Количество генерируемых отрицательных ионов увеличивается пропорционально приложенному напряжению и количеству электродов, которые он содержит. Генераторы с большим количеством электродов и более низким напряжением безопаснее, потому что при напряжении выше 8,000–10,000 XNUMX вольт генератор будет производить не только ионы, но также озон и некоторые оксиды азота. Распространение ионов достигается за счет электростатического отталкивания.

Миграция ионов будет зависеть от выравнивания магнитного поля, генерируемого между точкой выброса и окружающими ее объектами. Концентрация ионов, окружающих генераторы, неоднородна и значительно уменьшается по мере удаления от них. Вентиляторы, установленные в этом оборудовании, увеличат зону рассеивания ионов. Важно помнить, что активные элементы генераторов необходимо периодически чистить, чтобы обеспечить их правильную работу.

Генераторы также могут быть основаны на распылении воды, на термоэлектрических эффектах или на ультрафиолетовых лучах. Существует множество различных типов и размеров генераторов. Они могут быть установлены на потолках и стенах или могут быть размещены в любом месте, если они небольшие, переносные.

Измерение ионов

Иономерные устройства изготавливаются путем размещения двух проводящих пластин на расстоянии 0.75 см друг от друга и подачи переменного напряжения. Собранные ионы измеряют пикоамперметром и регистрируют силу тока. Переменные напряжения позволяют измерять концентрации ионов с различной подвижностью. Концентрация ионов (N) рассчитывается исходя из силы генерируемого электрического тока по следующей формуле:

в котором I сила тока в амперах, V это скорость воздушного потока, q - заряд одновалентного иона (1.6x10^-19) в кулонах и A - эффективная площадь коллекторных пластин. Предполагается, что все ионы имеют один заряд и все они удерживаются в коллекторе. Следует иметь в виду, что этот метод имеет свои ограничения из-за фонового тока и влияния других факторов, таких как влажность и поля статического электричества.

Воздействие ионов на организм

Предполагается, что малые отрицательные ионы обладают наибольшим биологическим эффектом из-за их большей подвижности. Высокие концентрации отрицательных ионов могут убивать или блокировать рост микроскопических патогенов, но никаких побочных эффектов на человека описано не было.

Некоторые исследования показывают, что воздействие высоких концентраций отрицательных ионов вызывает у некоторых людей биохимические и физиологические изменения, которые оказывают расслабляющее действие, снижают напряжение и головные боли, улучшают бдительность и сокращают время реакции. Эти эффекты могут быть связаны с подавлением выработки нервного гормона серотонина (5-НТ) и гистамина в среде, насыщенной отрицательными ионами; эти факторы могут повлиять на гиперчувствительный сегмент населения. Однако другие исследования приходят к другим выводам о влиянии отрицательных ионов на организм. Таким образом, преимущества отрицательной ионизации все еще открыты для обсуждения, и необходимы дальнейшие исследования, прежде чем вопрос будет решен.

Назад