空氣負離子

NAI主要是由空氣中含氧負離子與若干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採用的理論，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。由於氧分子比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] 

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等學者於1902年進一步肯定了NAI的生物學意義。1932年世界首台醫用NAI發生器誕生於美國。 ^{[2]  [4]} 

2020年07月，清華大學天津高端裝備研究院先進製造研發中心主任張曉昊博士團隊成功研製出醫療保健級高濃度負氧離子生成劑，只需噴灑在房間牆壁上，就能在牆壁上形成一個均勻緻密的納米顆粒層，從而使室內牆壁穩定長效的釋放高濃度小粒徑負氧離子，目前該成果已獲得國家專利。將納米級電氣石粉均勻緻密地附着在物體表面，使它的效果最大化，是這項技術的一個關鍵點，相關成果的7篇論文被《物理學報》《微流體與納米流體學》等SCI期刊收錄。這一技術屬於國內首創，填補了無色透明的高效負離子生成材料這一空白。相比於目前廣泛採用的高壓電離技術，該技術產生負氧離子的過程無需能源消耗,小粒徑負氧離子佔比高,並且有效避免了高壓電力技術伴生臭氧的問題。 ^[10] 

NAI作為活性氧的重要成員之一，由於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]  。然而負離子濃度並非越高越好，當濃度超過10⁶個/cm³時，負離子對機體會產生一定的毒副作用。 ^[5] 

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，脱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，可將其分為大離子、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，其大小介於小離子和大離子之間。而目前大多研究分析討論的NAI是指空氣負電荷小離子。 ^[2] 

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，直接導致中性氣體分子的初始電離。一般來説，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，瀑布衝擊和摩擦，照明激發和風暴 ^[6]  ，光合作用。 ^[2] 

另一種是人工生成，產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] 

NAI的測定分為NAI的測定和NAI的鑑定。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的鑑定是通過電暈源來鑑定質譜產生的離子，可有效地測量單個分子的特性。通過這個方法已經確定了多種負離子，包括O^-、O₂^-、O₃^-、CO₄^-、NO₂^-和NO₃^-等。 ^[7] 

國內外對空氣負離子的評價還沒有統一的標準 ^{[8]  [4]}  ，主要有單極係數、重離子與輕離子的比、安倍空氣質量評價係數（日本）、空氣離子相對密度（德國）等評價指數，其中單極係數和安倍空氣質量評價係數這兩個評價指標應用最廣 ^[8]  。 ^[4] 

在正常大氣中，空氣正、負離子濃度一般不相等，這種特徵被稱為大氣的單極性。單極性用單極係數來表示，即空氣中正離子與負離子的比值，即q=n⁺/n^-。單極係數越小，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^-大於1000個cm^-3，且q值小於1時，空氣清潔舒適。 ^[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值小於1；高山上q值可低到0.53。 ^[2] 

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。安倍空氣質量評價係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為單極係數，1000個/cm^-3的負離子數為人體最基本的需要標準。空氣質量評價指數把空氣負離子作為指標，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]  ，低於0.29則為污染空氣。

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於其他地區。不同的植被類型和植物羣落，不同的林齡、鬱閉度，對空氣負離子濃度的影響有很大的差異。 ^[5] 

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，與温度負相關，風速對空氣負離子濃度的影響存在爭議。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] 

空氣負離子濃度變化具有顯著的季節動態及日動態。通常情況下空氣負離子濃度季節動態表現為夏季最高，春秋次之，冬季最低；而日動態表現為空氣負離子濃度白天平均值高於夜間平均值，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] 

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，並稱被那個自稱博士的人所騙得關西電視台的製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，之後方有討論其效果的可能；讓大眾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]