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负离子检测标准及材料的负离子释放量测量方法
作者:管理员    发布于:2018-11-14 09:46:53    文字:【】【】【
摘要:l 负离子的形成原理 当空气分子受到外界条件如电离剂的作用后,获得足够的能量,而使原子核外围的电子摆脱原子核的束缚而跃出轨道变成自由电子,使失去电子的中性分子或原子变成带正电荷的离子;而跃出的自由电子很快地附着在某些气体分子或原子(特别容易附着在氧分子或水分子上),成为空气负离子(Aeroanion)。因此,空气负离子就是带负电荷的单个气体分子和轻离子团的总称。
负离子检测标准及材料的负离子释放量测量方法
l  负离子的基本认识
空气是人类赖以生存的重要条件之一, 自上世纪30年代英国学者威尔逊与法国学者埃尔斯特和格特尔证实了空气中存在游离态的负氧离子以来,人们对空气负离子的研究经历了近百年的发展、应用阶段。经过科学家不断的探索,空气负离子在健康方面的诸多功能正慢慢改变人们的生活,空气负离子亦被誉为“空气维生素和生长素”,对人体健康十分有益,研究证明,当空气中负离子浓度超过10000个/cm3时,对多种人体健康疾病有良好的辅助治疗作用。因此,空气负离子对空气污染物的净化功能也使其已成为评价旅游环境空气清洁程度的重要指标之一,世界卫生组织也定义:当空气中负离子浓度达到1500个/cm3时才算是清新空气。
l  负离子的形成原理
当空气分子受到外界条件如电离剂的作用后,获得足够的能量,而使原子核外围的电子摆脱原子核的束缚而跃出轨道变成自由电子,使失去电子的中性分子或原子变成带正电荷的离子;而跃出的自由电子很快地附着在某些气体分子或原子(特别容易附着在氧分子或水分子上),成为空气负离子(Aeroanion)。因此,空气负离子就是带负电荷的单个气体分子和轻离子团的总称。
l  负离子的产生方式
一般情况下,负离子主要通过以下几种方式产生:
1) 地壳和大气中的放射性物质的电离作用 
2) 宇宙射线和太阳紫外线的电离作用 
3) 水的Lenard 效应 
4) 植物的“尖端放电”和“光电效应” 
此外,大气环境中的很多物理过程,如闪电、雷暴、雪暴、火山爆发以及其它形式的放电现象等,都使空气分子发生电离,一定程度上增加空气负离子的浓度。 
日本COM-3600F高精度专业型空气负离子浓度测试仪产品介绍:
COM-3600F高精度专业型空气负离子检测仪是日本COM-SYSTEM公司在COM-3200pro的基础上开发的一款性能更加稳定、适应范围更广、更加适合专业领域测量及长时间在线检测的专业级空气负离子监测设备。COM-3600F专业型高精度业型空气负离子检测仪是一款严格遵照“日本JISB9929气体离子密度标准测量方法”标准的高精度、专业型空气负离子浓度检测、分析设备。核心探测器采用“日本JISB9929气体离子密度标准测量方法”标准中认证的大尺寸、冷凝式同轴二重圆筒式构造,与其他平板式简易构造比较,冷凝管探测器能大大提高负离子的收集效率,提高准确性及稳定性,特别是针对速度速度极快的小粒径离子具备极佳的收集能力,而且更大规格的冷凝式同轴二重圆筒式探测器使得COM-3600F的离子收集效率更佳(收集效率达95%)、长期工作稳定性能更好,这大大提高了COM-3600F的应用范围,特别适合于环境质量监测、研究、负离子相关产品通用性鉴定等应用。
l  目前关于负离子测试标准所面临的问题
1.   负离子标准制定情况
目前,世界上众多学者都公认空气负离子能改善空气质量。但是,到目前为止,全世界沿未有公认的空气负离子检测标准,世界各国也没有形成一个统一的、得到全世界公认的关于空气负离子的保健卫生功能评估标准。
日本科学家最早开始关注空气负离子的各项功能,同时,它们的研究成果也快速得到了美国和我国部分科学家的关注,目前,我国在负离子检测标准制定方面走在了世界前列,因此,虽然目前全世界缺少完整、规范的负离子检测、评估标准,但是国内、外负离子标准工作的制定已经取得了一定的成果,目前,国内外与负离子相关的标准共有6个,如下表;
国内、外制定的关于负离子检测的相关标准
序号
制定国家
标准名称
标准编号
1
日本
空气中负离子密度测定方法
JIS B 9929-2006
2
中国
空气离子测量仪通用规范
GB/T 18809-2002
3
中国
材料负离子发生量的测试方法
JC/T 1016-2006
4
中国
负离子功能建筑室内装饰材料
报批中
5
中国
负离子功能涂料
报批中
66
中国
室内空气负离子浓度测试方法
报批中
以上6个标准中,“JIS B 9929-2006:空气中负离子密度测定方法”是日本工业标准,这个标准针对的是空气中和离子发生器产生的离子浓度测试;“GB/T 18809-2002:空气离子测量仪通用规范”是我国制定的针对空气负离子测量仪器的技术规范;其余4个标准均是适用建材行业的行业标准,其规定的标准测试方法是基于建筑材料的各项性能指标和室内空气质量评估标准而建立。
2.   功能性负离子材料行业情况
近几年在新材料领域一种能增加空气中有益健康的负离子量的材料被广泛应用于建材、日用、纺织制品等行业上。产生负离子功能产品已逐渐走入人们的生活。日本从事负离子材料研究和生产的企业有近500家,开发的各类负离子制品有上千种,特别是在负离子功能纺织品方面开发应用较多。韩国对负离子材料的研发次于日本,也推出了很多负离子材料和制品。
我国科研人员也积极追踪国际材料发展的前沿,近几年各种负离子功能制品(如负离子涂料、纺织品、陶瓷砖、木地板等)在国内市场上陆续出现。其中,负离子功能纺织品及负离子功能建筑材料是近年发展的新方向,负离子功能材料在一定物理刺激下,会激发产生负离子,具有稳定精神、促进新陈代谢和血液循环、恢复疲劳、维持健康等保健功效,因此目前越来越受到人们和许多企业的重视。
就功能性纺织品的各项指标测量方面而言,中国保健协会制定的最新“CAS 115-2005:保健功能纺织品”标准就针对保健功能纺织品的各项功能进行了详细规范,标准中规范了保健功能纺织品的材料各种物理特性(如色泽、拉伸度等)、远红外功能、磁功能和抗菌功能的测量方法。实际上,该标准建议之初,标准制定组的相关专家原本考虑同时规范纺织品的负离子释放功能,但由于负离子各项指标争议较大,大部分指标无法获得制定组专家的多数认可,专家组经过讨论后决定暂缓制定负离子释放测量规范。因此,才导致目前尚无针对保健功能纺织品释放负离子效果检定的标准。但是,为了我国功能性负离子行业的健康持续发展,制定保健功能纺织品负离子浓度测试与评价方法标准是必需和迫切的。
l  负离子检测仪器及标准校验
目前市场上流行的负离子浓度测试仪主要来自美国、日本和国内部分厂家。从测试原理来看,其主要分为三个类型:
1) 采用平板电容作为离子采集器,用换气装置使空气通过检测仪,离子打在采集器上引起细微的电流或电压变化,以此表示空气离子浓度。
2) 直接测量离子采集器收集的电荷数来表示空气离子浓度。
3) 测量材料的放射性强度(主要是γ射线强度值),然后通过专门的换算公式换算成负离子浓度。
但是,根据各研究机构的大量研究,结果发现受制于仪器本身的性能特点,不论采用何种设备,目前都无法完美的解决测量数据精确度低、重复性差等问题。因此,在缺少精准的测量仪器的情况下,使用标准释放物对仪器进行校也是解决问题的一个途径。目前,国内有专家使用天然矿物纳米复合材料制成了负离子释放量稳定在10000个/cm3的负离子释放量标准卡片。
l  温度、湿度和气压对负离子浓度影响
根据大量的研究结果来看,同一个样品在不同温度、不同湿度等环境下,负离子浓度的测量结果会有很大差异,温度、气压等参数对测试也有很大影响,目前的研究结果对这些因素的具体影响程度尚无法给出准确的定量研究报告。因此,如果后期我国制定功能性纺织品的负离子释放量测量标准,应该就测试温度、湿度、气压等参数进行精确规范,以最大限度减少这些环境因素对测量结果的影响。
l  负离子功能性材料的测试标准建议:静态测试和动态测试
与空气负离子不同,对负离子功能性材料而言,只需测定其静止状态下的负离子发生量,同时考虑有风环境和无风环境的影响即可。另外,由于负离子释放量在材料受到摩擦时会显著增加,因此需要同时考虑材料在静止和受摩擦状态下的负离子释放量,即静态测试和动态测试。
理论上,由人穿着测试材料进行运行是最接近实际应用的测试方法。但是大量研究结果表明,人体活动(最主要是人体静电)对负离子材料的负离子释放测试结果有很大影响。另外,一般的检测都要求在恒温、恒湿条件的密闭空间中进行,测量过程中需隔离人为因素影响。为模拟真实的测试环境,有专家就建议可设计机械人模拟人体运动以辅助测试。由于涉及到机械人各项指标的标准,可能使问题复杂化,给应用增加困难。因此,专家就建议简化处理:比如可以人为地设定摩擦环境,使用简单的材料堆叠平面摩擦方法,或者使用简单的器械进行单面摩擦,规定摩擦的面积和频率,以此种动态测试作为实际应用情景的模拟。
l  测试容器的建议
基于以上问题,为保证测试的准确性,测试容器必须具备多种特点。由于功能纺织品能够产生的负离子数量有限,因此在测试空间的选择上,要保证足够的空间使空气流动,以使负离子均匀的分布在空间内,又不能让空间太大以致负离子浓度过低而不易检出。目前各标准中对负离子的测试空间都有要求,一般选择1m3的标准立方空间。测试空间必须能调节并保持恒定的温度、湿度和气压,同时应具备模拟实际情景的机械摩擦结构。
l  结语
在目前的技术水平下,不仅缺少精准的测试仪器,各项因素对测试结果的影响也有待研究,标准制定工作需要大量严格的实验,并划定合理的指标,相信随着工作的深入,这些问题都能够得到很好的解决。
随着环境与健康意识的增强,人们对有益环境和健康产品的研发和需求不断扩大。空气负离子对人体健康和生活环境有较大作用,已被国内外医学界和环境界专家所证实。随着经济的高速发展,环境污染日益严重,城市空气中负离子浓度越来越低,人体健康受到影响。而在改善环境质量这方面,功能性负离子材料可以说大有发展前景,因此,业内人士都急切盼望国家能尽早的制定关于功能性负离子材料的测量标准。
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