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脉冲电场介导的植物空气负离子发射的倍增效应及其意义 第28卷第l2期 2009年12月 大学物理 C0LLEGEPHYSICS V0l_28No.12 Dec.2009 脉冲电场介导的植物空气负离子发射的倍增效应及其意义 杨运经,习岗,张社奇 (1.西北农林科技大学应用物理系,陕西杨凌712100;2.西安理工大学应用物理系,陕西西安710048) 摘要:介绍了空气负离子(NAI)的物理概念及其在空气净化中的作用,讨论了正常生态条件下空气中NAI的来源.通过实 验结果说明了脉冲电场可以使植物产生NAI发射的倍增效应,分析了其产生的机理. 关键词:脉冲电场;植物;空气负离子;倍增效应 中图分类号:Q6-3文献标识码:A文章编号:1000—0712(2009)12—0039—04 1空气负离子(NAI)的物理概念和意义 NAI(negativeairion)是空气中带负电的离子或 离子团的总称.按照大地测量学和地理物理学国际联 盟大气联合委员会的定义,NAI是指0;(H:O),OH一 (H:0)或co:(H:o).在通常情况下,空气中的 正,负离子数保持一定的动态平衡,空气分子整体呈 中性.当空气被污染时,NAI会与污染物中的阳离子 结合,从而降低空气中NAI的浓度.因此,NAI浓度的 大小在一定程度上综合反映了空气被污染的情况. 自1976年Kreuger和Reed在着名刊物Science 上首次报道NAI的生物学效应以来,大量研究证 实,NAI对人体有保健和辅助治疗作用.当NAI浓度 达到700个/cm以上时有益于人体健康,达到10000 个/cm时可以治病.但是,由于近年来空气遭到日 益严重的污染,城市室内的NAI浓度一般在500个/ cm以下.在我国污染较重的北方地区,甚至为0.因 此,室内空气质量很差.在空气污染治理上,NAI能吸 附,聚集和沉降空气中的悬浮颗粒和污染物,净化空 气.由于NAI具有和超氧化物自由基0,相似的结 构,因而具有相似的生物活性,可以有效的杀灭细菌 和病毒.NAI还可以和空气中的有机物发生氧化反 应,从而有效去除室内建筑材料挥发出的甲醛,苯,氨 等有害气体和日常生活中剩饭剩菜的酸臭味,香烟味 等异味.因此,NAI被称为长寿素或空气维生 素. 作 实际测量结果表明,在地球表面附近,NAI浓度 随地域环境发生显着变化.在山林和瀑布地方,NAI 浓度可达到10～10个/cm,使人有心情舒畅,心旷 神怡之感.而在人口密集的大城市及其建筑物内,由 于空气受到各种工业及民用废气与现代化电气,建筑 装饰材料的严重污染,NAI浓度一般降到200个/em 左右甚至更低的程度,导致了长期工作和生活在其中 的人出现了病态建筑物综合症,使人容易感到身 体疲倦,心烦气躁.由此可见,NAI和空气质量密切相 关,已成为评价环境和空气质量的重要指标之一,它 对增进人体健康具有十分重要的实际意义. 2正常生态条件下NAI的产生 一 般认为,产生NAI的原因主要有物理和生物 两种机理.物理作用有多种渠道,瀑布的喷筒效 应,海浪的推卷效应,暴雨的跌落效应以及大气 中的放射性,紫外辐射和雷电等都会使空气分子解 离,产生负离子;生物机理主要是土壤和植物在生理 过程中会产生出负离子. 在正常的生态环境中,植物是产生NAI的主要 来源….生物电磁学的研究表明,生物体系在分子,细 胞,组织和个体的各个层次发生着大量的电活动,特 别是在光照下叶片的光合作用和细胞代谢过程中水 分子的分解,电子传递和细胞电位的变化尤为强烈. 而地球是一个带负电的导体球,植物是富含水分的良 导体,植物中的电子和离子有可能在环境电场的作用 收稿日期:2009—04—03;修回日期:2009—06—26 基金项目:国家自然科学基金资助项目 作者简介:杨运经(1957一),男,陕西富平人,西北农林科技大学应用物理系副教授,主要从事大学物理教学与电子技术及生物物理研究工 40大学物理第28卷 下,通过叶片的气孔蒸腾发射出来,或者由于电荷在 叶片上的集聚分布,通过尖端放电产生NAI. 我们认为,在正常情况下植物一方面在光合作用 等生理活动中吸收空气中的阳离子;另一方面,通过 叶片的尖端放电在叶片周围大气中产生低温等离子 体,其中的高能电子和大气中以及叶片气孔蒸腾中发 出的0,和H,0分子碰撞产生NAI.这个理论解释了 森林中富含NAI的成因,也说明了植物是提供原生 态清洁空气的最佳来源. 然而,在正常情况下,单一的植物叶片通过尖端 放电产生等离子体和NAI的现象较弱,不易观察,由 此引起的生态效应极为有限.但是,如果设法使植物 产生NAI的能力倍增,就有可能开发出高效率,低能 耗和绿色环保的空气污染治理新技术,在空气污染治 理,特别是对室内空气污染的净化方面