Gaisa jonizācija

Gaisa kvalitāte ir viens no vissvarīgākajiem faktoriem cilvēka pilnvērtīgas dzīves apstākļu nodrošināšanai. Vienlaikus, tieši gaisa vide ir visvairāk pakļauta piesārņojumam. Nepārtrauktā gaisa masu pārvietošanās kā lokālajā, tā globālajā mērogā izrasa piesārņojuma izplatīšanos plašās teritorijās, piesārņojošo vielu koncentrācijas izmaiņas kā laikā, tā telpā. Līdz ar to gaisa piesārņojuma mērījumi, to pilnība un regularitāte kļūst par svarīgāko jebkuru monitoringa sistēmu sastāvdaļu.

Gaisa kvalitātes jēdziens nevar aprobežoties tikai ar dažādu vielu koncentrāciju gaisā. Gaiss ir vide, kurā koncentrējas ne tikai dažādas vielas, bet arī enerģētiskie lauki. Tie var būt kā elektromagnētiskie lauki un elektrostatiskie lauki, kuru avots atrodas ārpus analizējamā gaisa tilpuma un nav ar to saistīts tiešā veidā, tā arī lauki, kas saistīti ar gaisa jonizāciju, kad, pirmām kārtām, skābekļa molekulas jonizējoties iegūst pozitīvo vai negatīvo lādiņu.

Līdzīgi kā piesārņojošās vielas, arī enerģētiskie lauki var radīt spēcīgu ietekmi uz cilvēku un dzīvo dabu. Pētot enerģētisko lauku līmeni un tā izmaiņas gaisa vidē, ir iespējams iegūt informāciju par gaisa kvalitāti un tās izmaiņām. Starp enerģētiskajiem laukiem un gaisa mehānisko un ķīmisko piesārņojumu pastāv zināmas kopsakarības.Atmosfēras gaiss dabīgos apstākļos nekad nav ideāli tīrs, un tajā pastāvīgā mijiedarbībā esošās komponentes nosacīti var iedalīt 3 grupās: 1)Dažādu gāzu molekulas (CO2, SO2, O3, benzols, utt.); 2)Cietvielu daļiņas (piem., putekļi); 3)Enerģētiskie lauki (elektrostatiskie lauki, jonizācija u.c.). Enerģētiskos laukus atmosfērā var nosacīti iedalīt vēl vismaz 3 grupās: 1)Augstfrekvences enerģētiskie lauki; 2)Stacionārie enerģētiskie lauki; 3)Gaisa jonizācijas lauki.

Gaisa jonizācija ir pozitīvo un negatīvo aerojonu veidošanās gaisā dabiskas vai mākslīgas, antropogēnas iedarbības rezultāts. Kā dabiskie jonizācijas enerģijas avoti var būt zemes garozas radioaktīvais fons, kosmiskais starojums, ūdens pilienu berze (hidroaerojonizācija), gaisa masu kustības berze, magnētiskās vētras, atklāta liesma, nokaitēti ķermeņi u.c.

Teorētiskie priekšstati

Atmosfēras joni veidojas no gaisā esošajām neitrālajām gāzu molekulām. Saņēmusi jonizācijas izraisīšanai nepieciešamo enerģijas daudzumu, molekulas ārējā elektronu čaula zaudē vienu elektronu, tādā veidā iegūstot pozitīvu lādiņu. No molekulas atrautais brīvais elektrons pievienojas neitrālai molekulai. Tādā veidā izveidojas negatīvs jons. Joni spēj piesaistīt neitrālas molekulas, tās polarizējot un izveidojot jonus ar lielāku masu. Vienam vai vairākiem joniem nosēžoties uz kondensācijas kodola, piemēram, kādas aerosoladaļiņas, izveidojas liela izmēra pozitīvais vai liels negatīvais jons.

Gaisā sastopamie joni ir atšķirīgi pēc to kustīguma (mobilitātes), kas ir funkcija no to masas. Mazos un vidējos jonus mēdz dēvēt par vieglajiem aerojoniem. Pozitīvo un negatīvo vieglo aerojonu struktūras ir atšķirīgas.

Pozitīvā jona pozitīvais lādiņš atrodas jonam piederošā atoma centrā. Šādam atomam vai molekulai apkārt no visām pusēm monomolekulārā slānī spēj izvietoties maksimāli 12 neitrālu polarizētu molekulu. Pieņemot, ka visiem jonā iesaistītajiem atomiem vai molekulām ir lodveida forma, attālums a no katras molekulas vai atoma līdz centrālajam atomam vai molekulai ir no 3,6 līdz 4,6 Ǻ (skat.1. att.). Tas nozīmē, ka kopā ar centrālo jonizēto molekulu jonu veido maksimāli 13 atomi vai molekulas.

Tādā pašā veidā ir iespējams aplūkot arī negatīvo jonu struktūru. Negatīvā lādiņa nesējs – elektrons atrodas jonu veidojošā atoma čaulā. Pie negatīvā jona klāt var novietoties vispirms vēl viens, bet pēc tam pārējie pieci atomi vai molekulas, paliekot tiešā saskarē ar jonizēto atomu vai molekulu. Rezultātā vienam jonam ir iespējams pievienot maksimāli 7 molekulas. Attālumi starp negatīvo lādiņu un pievienoto molekulu vai atomu centriem nepārsniedz 4,0 Ǻ.

Aerojonu ietekme uz cilvēka veselību un apkārtējo vidi kopumā ir atkarīga gan no jonizācijas pakāpes, gan no jonu zīmes (polaritātes). Jonu polaritāti raksturo ar unipolaritātes koeficientu K, kas ir pozitīvo jonu koncentrācijas attiecība prêt negatīvo jonu koncentrāciju 1cm³ gaisa.

Plašie pētījumi medicīnas jomā ir pierādījuši, ka cilvēkam kvalitatīvas dzīves nodrošināšanai ir nepieciešama pietiekama abu zīmju aerojonu koncentrācija, tomēr kopumā cilvēka veselību labvēlīgi iespaido negatīvie aerojoni, bet pozitīvie – ne tik labvēlīgi. Skābekļa joni, kas tiek ieelpoti, nekavējoties organismā ņem dalību skābekļa parciālā spiediena veidošanā, līdz ar to ietekmējot vielmaiņas procesus visā organismā.

Jonu iedarbība un gaisa piesārņojums

Joni spēj savienoties savā starpā, kā arī ar gaisā esošajām piesārņojošajām daļiņām pat ļoti īsā laikā. Šīs daļiņas ir smalki putekļi, smaržas daļiņas, baktērijas, sporas, tvaiki u.c. Savienojoties ar joniem, daļiņas iegūst lādiņu. Daļiņas ar pretējām lādiņu zīmēm labāk pievelkas savā starpā, tas veicina daļiņu koagulēšanos lielākos agregātos un to sedimentēšanos gravitācijas spēku ietekmē vai arī to efektīvāku aizturi mehāniskajos filtros. Uz daļiņām savukārt var būt adsorbējušās dažādas piesārņojošās vielas, tajā skaitā toksiskas gāzes. Tādā veidā gaisa jonizācija palīdz atbrīvoties no piesārņojuma tajā.

Materiāli no Scientific Journal of Riga Technical University,2010, 91-93.lpp.

Bipolāro gaisa jonizatoru darbība

Jonizators ir uz īpašu elektroizlādes metodi balstīts gaisa attīrītājs, kuru dēvē arī par gaisa vitamīnu ražotāju. Jonizators uzlādē gaisa daļiņas negatīvi un uzlabo gaisa kvalitāti. Skābekļa joni nav nekas cits kā skābekļa molekula, kas ir vai nu zaudējusi, vai saņēmusi papildu elektronus (daļiņas ar negatīvu lādiņu). Zaudētie elektroni no molekulas veido pozitīvo jonu (plus jonu), bet papildus saņem elektronu – negatīvo jeb mīnus jonu. Dabā pozitīvo jonu ir nedaudz vairāk par negatīvajiem joniem attiecībā 5:4. Skābekļa joni ar negatīvo lādiņu ir bioloģiski aktī¬vi, ātri kustas un ir ārkārtīgi nepiecieša¬mi mūsu organismam. Tie savstarpēji apvienojas, kļūst lielāki, arvien smagāki un lēnāki. Tie kā magnēts pievelk piesārņojumu, t.i., daļiņas ar pozitīvu lādiņu, kuras lidinās gaisā, un palīdz tās neitra-lizēt. Tādā veidā negatīvie joni darbojas kā gaisa attīrītāji.

Negatīvie joni īpaši lielā daudzumā dabā veidojas ūdens krātuvju tuvumā, priežu mežā un viļņainā jūras krastā. Telpā negatīvo jonu skaits ar laiku samazinās, tāpēc ir svarīgi uzturēt optimālu skābekļa jonu koncentrāciju. Gaisa attīrītājs – jonizators – izdala 186 miljardus negatīvo skābekļa jonu sekundē un uztur jonu koncentrāciju 1000 joni vienā cm3 gaisa, kas nodrošina patīkamu iekšējo klimatu. Piemēram, sāls lampa salīdzinoši izdala no 450 līdz 900 negatīvos jonus sekundē.

Gaisa bipolārie jonizatori „ražo” pozitīvi un negatīvi lādētus skābekļa jonus, kas, savienojoties ar pretēji lādētām daļiņām veido klasterus. Tie izplatās iekštelpās un aptver visas gaisu piesārņojušās cietās daļinās (putekļus), vīrusus un baktērijas. Tādejādi gaiss attīrās no alergēniem un bagātinās ar negatīvi lādētiem aerojoniem, tas „vitaminizējas”. Jonizators padara gaisu telpās tīru, svaigu, gandrīz kā pēc negaisa. Klīniskie pētījumi apstiprināja, ka tāda aerojonu profilakse stiprina imūnsistemu, rada labvēlīgus apstākļus bronhiālās astmas, hroniska bronhīta, bezmiega u.c. slimību ārstēšanai. Tāds gaiss ir labvēlīgs vielmaiņai un uzlabo pašsajūtu.

Tāpēc, ar gaisa jonizāciju var panākt gaisa kvalitāti iekštelpās, kas līdzinās gaisa kvalitātei kalnos vai pie jūras. Ar gaisa jonizāciju var panākt „svaiga gaisa” sajūtu neatverot logus. Vislabāko gaisu kvalitāti nodrošinās bipolārā gaisa jonizēšana, jo:

1. tiks nodrošināts dabiskais pozitīvo un negatīvo jonu īpatsvars;
2. tiks nodrošināta cieto gaisa piesārņojuma daļiņu (putekļu) attīrīšana;
3. tiks veikta mikrobioloģiskā gaisa attīrīšana no vīrusiem, sēnītēm un baktērijām;
4. tiks nodrošināta neitrāla elektrostatistiskā vide, kas nepieļaus uzlādētām daļiņām pielipt pie priekšmetiem.

Gaisa jonizācija izmanto mehānismus, kuros iesaistīti gan bipolārie joni gan brīvie radikāļi, lai oksidētu gaistošos organiskos savienojumus un reakciju blakusproduktus par oglekļa dioksīdu un ūdeni.

Reakcijas ar gaisa joniem var iedalīt četros posmos, kas ietver:

1. rekombinācija ar citiem gaisa joniem;
2. reakcija ar gāzveida molekulām;
3. sasaiste lielākos klasteros;
4. iedarbība uz baktēriju, gaisa piesārņojuma cieto daļiņu virsmām.

Pirmie divi procesi ir saistīti ar gaistošo organisko savienojumu mazināšanu, pēdējie divi procesi ir saistīti ar cieto gaisa piesārņojuma daļiņu (putekļu) likvidēšanu gaisā.