Ion không khí (oxy) âm (NAI) là một thuật ngữ chung cho các phân tử khí đơn lẻ tích điện âm và các cụm ion hydro . Trong các hệ sinh thái tự nhiên, rừng và vùng đất ngập nước là những nơi quan trọng để tạo ra các ion âm (oxy) trong không khí. Nó đóng vai trò điều tiết trong việc lọc không khí và khí hậu đô thị , và mức độ tập trung của nó là một trong những chỉ số để đánh giá chất lượng không khí đô thị.
Ion âm
NAI chủ yếu là một nhóm nguyên tử được hình thành bởi sự kết hợp của các ion âm chứa oxy trong không khí và một số phân tử nước. Theo lý thuyết được thông qua bởi Ủy ban hỗn hợp khí quyển của Liên minh địa vật lý và trắc địa quốc tế, NAI là O2(H2O)n, hoặc OH(H2O)n, CO4(H2O)2, là thuật ngữ chung cho một phân tử khí mang điện tích âm đơn lẻ và cụm ion nhẹ của nó. Do các phân tử oxy có tính điện di hơn so với CO2, N2 và các phân tử khác, nên các phân tử oxy sẽ ưu tiên nhận các electron để tạo thành các ion âm, vì vậy NAI chủ yếu bao gồm các ion oxy âm, vì vậy nó thường được gọi là các ion oxy âm trong không khí.
Tóm tắt lịch sử nghiên cứu
Năm 1889, các nhà khoa học người Đức Elster và Geitel lần đầu tiên phát hiện ra sự tồn tại của NAI. Vào cuối thế kỷ 19, nhà vật lý học người Đức, Tiến sĩ Philip Leonard, lần đầu tiên chứng minh hiệu quả của các ion oxy) đối với cơ thể con người. Các học giả như Aschkinass và Caspari đã khẳng định thêm ý nghĩa sinh học của NAI vào năm 1902. Năm 1932, máy phát điện NAI y tế đầu tiên trên thế giới ra đời tại Mỹ.
Chức năng
Là một trong những thành phần quan trọng của các loại oxy phản ứng, NAI có tác dụng oxy hóa khử mạnh do mang điện tích âm, có cấu trúc tương tự như các gốc superoxide và có thể phá hủy hàng rào điện tích của vi khuẩn và vi rút cũng như hoạt động của các enzym hoạt động của tế bào vi khuẩn; ngoài ra, NAI có thể lắng các hạt lơ lửng trong không khí.
Cơ chế ion âm
Ngoài nitơ , oxy, carbon dioxide, hơi nước và các hạt sol khí khác nhau trong khí quyển, còn có một số không khí bị ion hóa. Không khí bị ion hóa bao gồm cả ion âm và dương của không khí. Phân tử không khí được tạo thành từ các nguyên tử, hạt nhân và các electron tạo thành nguyên tử, hạt nhân mang điện tích dương và các electron mang điện tích âm. Khi các phân tử không khí chịu các điều kiện bên ngoài như ion hóa và thu đủ năng lượng, các electron ngoại vi bị tách khỏi hạt nhân trở thành các electron tự do, các phân tử hoặc hạt nhân trung hòa mất electron trở thành các ion dương trong không khí và khi các phân tử hoặc nguyên tử trung tính trong không khí thu giữ các electron tự do thoát ra, chúng trở thành các ion âm trong không khí.
NAI bao gồm các phân tử khí đơn tích điện âm và các cụm ion nhẹ, còn NAI và các ion dương không khí tồn tại đồng thời trong khí quyển. Theo thể tích của các ion trong khí quyển, chúng có thể được chia thành các ion lớn, ion trung bình và ion nhỏ . Các ion nhỏ là các ion ở cấp độ phân tử; các ion lớn là các ion nhỏ được hấp phụ bởi các hạt aerosol và trở thành các ion tích điện dương hoặc âm; và khi một số phân tử trung tính tập hợp xung quanh các ion không khí, chúng sẽ trở thành các ion trung bình, có kích thước nằm giữa các ion nhỏ và các ion lớn. Hiện tại, NAI được thảo luận trong hầu hết các nghiên cứu và phân tích đề cập đến các ion tích điện âm nhỏ trong không khí.
Ion âm hình thành
xảy ra tự nhiên
Việc tạo ra NAI có thể được chia thành hai cách sau: một là tạo ra tự nhiên, ion hóa các phân tử trong khí quyển cần năng lượng, chẳng hạn như tia vũ trụ và bức xạ cực tím, lực tĩnh điện, ánh sáng, quang hợp, kích thích chiếu sáng, trực tiếp dẫn đến quá trình ion hóa ban đầu của các phân tử khí trung tính. Nói chung, từ góc độ năng lượng cần thiết cho quá trình ion hóa khí, có 6 nguồn năng lượng tự nhiên, bao gồm tia vũ trụ, bức xạ cực tím và phát xạ quang điện, tia do các nguyên tố phóng xạ trong đá và đất giải phóng, tác động và ma sát của thác nước, kích thích chiếu sáng và bão, và quang hợp.
Nhân tạo
Cách thứ hai là tạo ra nhân tạo.Có một số cách để tạo ra các ion nhân tạo trong không khí, bao gồm phóng điện corona, phát xạ điện tử nhiệt từ các điện cực kim loại nóng hoặc quang điện cực, bức xạ từ các đồng vị phóng xạ, tia cực tím, v.v.
Đo ion âm
Việc xác định NAI được chia thành xác định NAI và xác định NAI. Việc xác định NAI có thể được thực hiện bằng cách đo sự thay đổi độ dẫn điện của khí quyển khi NAI đi qua một ống dẫn điện . NAI được xác định bởi các nguồn corona để xác định các ion được tạo ra bằng phương pháp khối phổ, đo lường hiệu quả các thuộc tính của từng phân tử. Nhiều loại ion âm đã được xác định bằng phương pháp này, bao gồm O, O2, O3, CO4, NO2 và NO3, trong số những loại khác.
Phương pháp đánh giá
Trong và ngoài nước, không có tiêu chuẩn thống nhất để đánh giá các ion âm trong không khí, chủ yếu là hệ số đơn cực, tỷ lệ ion nặng trên ion nhẹ, hệ số đánh giá chất lượng không khí Abe (Nhật Bản) và mật độ tương đối của ion không khí (Đức), trong đó hai chỉ số đánh giá hệ số đơn cực và hệ số đánh giá chất lượng không khí Abe được sử dụng rộng rãi nhất.
Hệ số đơn cực (q)
Trong bầu khí quyển bình thường, nồng độ của các ion dương và ion âm trong không khí thường không bằng nhau và đặc điểm này được gọi là tính đơn cực của khí quyển. Tính đơn cực được biểu thị bằng hệ số đơn cực, nghĩa là tỷ lệ giữa các ion dương và ion âm trong không khí, nghĩa là q=n/n. Hệ số đơn cực càng nhỏ thì nồng độ ion âm trong không khí càng cao so với nồng độ ion dương, càng có lợi cho cơ thể con người. Các nghiên cứu của các học giả Nhật Bản đã chỉ ra rằng khi n lớn hơn 1000 cm và giá trị q nhỏ hơn 1 thì không khí trong lành và dễ chịu. Khi q>1 thì không khí không trong lành, còn khi giá trị q tăng trên 3 thì con người sẽ cảm thấy bồn chồn. Thông thường, giá trị q trong tầng khí quyển thấp hơn nằm trong khoảng từ 1 đến 1,2; giá trị q nhỏ hơn 1 ở những nơi có nhiều thảm thực vật hơn; giá trị q có thể thấp tới 0,53 ở vùng núi cao.
Chỉ số đánh giá chất lượng không khí Abe (CI)
Abe, một học giả Nhật Bản, đã thành lập Chỉ số đánh giá Ion không khí Abe thông qua nghiên cứu về các ion không khí trong khu vực sinh sống của cư dân đô thị. Hệ số đánh giá chất lượng không khí Abe phản ánh mức độ mà nồng độ ion trong không khí gần với mức ion hóa không khí tự nhiên , CI=n/1000q.
CI là chỉ số đánh giá chất lượng không khí, n là nồng độ ion âm trong không khí (đơn vị cm), q là hệ số đơn cực, số lượng ion âm ở mức 1000 trên cm là tiêu chuẩn yêu cầu cơ bản nhất đối với cơ thể con người. Chỉ số đánh giá chất lượng không khí lấy các ion âm trong không khí làm chỉ số, đồng thời xem xét tỷ lệ thành phần của các ion dương và ion âm, tương đối toàn diện và khách quan, vì vậy nó đã được sử dụng rộng rãi trong việc đánh giá các ion không khí đô thị ở nước ngoài.
Giá trị CI càng lớn thì chất lượng không khí càng tốt, có thể chia thành 5 cấp độ sau: Khi CI>1,00 thì chất lượng không khí là loại A, sạch nhất; khi CI từ 1,00-0,70, chất lượng không khí là B, sạch; khi CI từ 0,69-0,50, chất lượng không khí là loại C, trung bình; nếu thấp hơn 0,29 là không khí bị ô nhiễm.
Yếu tố ảnh hưởng chính
Mô hình thực vật
Oxy được giải phóng bởi quá trình quang hợp của thực vật dễ bị hiệu ứng quang điện dưới bức xạ tia cực tím sóng ngắn, tạo thành các ion âm oxy, do đó làm tăng mức độ ion âm không khí trong các khu vực nhỏ. Nồng độ ion âm trong không khí ở những khu vực được bao phủ bởi thảm thực vật xanh cao hơn nhiều so với những khu vực khác. Các kiểu thảm thực vật và quần xã thực vật khác nhau, tuổi rừng khác nhau và mật độ tán cây có tác động khác nhau rất lớn đến nồng độ ion âm trong không khí.
Các yếu tố khí tượng môi trường
Có nhiều báo cáo về mối tương quan giữa nồng độ ion âm trong không khí và các yếu tố khí tượng. Người ta thường cho rằng nồng độ ion âm trong không khí có tương quan thuận với độ ẩm và tương quan nghịch với nhiệt độ. Ảnh hưởng của tốc độ gió đến nồng độ của ion âm trong không khí còn đang gây tranh cãi. Sự tồn tại của các vùng nước có tác động lớn đến nồng độ ion âm, chẳng hạn như hàm lượng ion âm trong không khí ở thác nước, đài phun nước, khu vực gần biển và sau giông bão sẽ tăng lên đáng kể. Ngoài ra, chất rắn lơ lửng, carbon dioxide, sulfur dioxide và nitơ oxit trong không khí có tương quan nghịch đáng kể với các ion trong không khí.
Động lực học theo mùa và động lực học ngày đêm
Sự thay đổi nồng độ ion âm trong không khí có động lực đáng kể theo mùa và động lực ngày đêm. Trong các trường hợp bình thường, động lực theo mùa của nồng độ ion âm trong không khí là cao nhất vào mùa hè, tiếp theo là mùa xuân và mùa thu, và thấp nhất vào mùa đông; và động lực hàng ngày là giá trị trung bình ban ngày của nồng độ ion âm trong không khí cao hơn giá trị trung bình vào ban đêm, cao nhất từ sáng sớm đến sáng, tiếp theo là trưa đến chiều và nồng độ ion âm có sự phục hồi nhất định vào buổi tối, trong khi nồng độ ion âm trong không khí thấp nhất là vào ban đêm.
Xem thêm:
Lắp điều hòa tạo không khí sạch trong nhà
Lắp đặt máy lạnh giấu trần nối ống gió
Lắp đặt quạt cấp gió tươi lọc không khí ô nhiễm
