負離子的原理及應用
發佈日期： 2020-02-26
作者： 清華大學化工系馬振基教授
撰寫人：國立清華大學榮譽教授 馬振基博士
何謂負離子
近年來因科技發展，各國加速工業化，由於受到電子電器產品普及與都市居住空間過於密閉的影響，環境的離子平衡遭受嚴重的破壞。因此，以人工方式補充負離子的負離子產生機就逐漸受到大家的青睞，而且各種相關的產品也熱烈問世，但人們對負離子的了解仍然很有限。本文主旨在說明何謂負離子、環境中負離子分布的情形、以及人工負離子如何生成與其功能。
在解釋何謂「負離子」之前，先對「離子」（ion）做簡單的介紹。離子是帶有電荷的原子、原子團或分子，是極小的微粒。離子有兩種，帶正電的稱為正離子，帶負電的則是負離子。
以水（H2O）為例。氫（H）的原子是一個帶正電質子的核被一個帶負電的電子所環繞，若因某種力量的介入使電子離開原處，氫原子因而成為帶正電的狀態，這就是離子化的氫（H+）。對氧（O）而言，原子核中有8個帶正電的質子，周圍有8個電子圍繞，2個在內層，6個在外層，但外層能階可容納8個電子，尚有2個空位，因此氧是很容易自他處奪取電子的原子態（這一過程稱為「氧化」）。
亟欲獲取電子的氧原子與擁有1個電子的氫原子，很容易結合而成水分子。如果利用外來能量把水分解，就會使它變成一個帶正電的氫離子，及一個帶負電的氫氧離子（OH－）。但在自然環境中，氫氧離子是以附著於水（H2O + OH－= H3O2－）的負離子方式存在。由於水分子是自然環境中最容易離子化的分子之一，因此當我們稱環境中有較多負離子的狀態時，指的就是負離子化的水分子含量十分豐富的狀態。
含有較多負離子化水分子的空氣，一般認為會讓生物體感到舒適愉快，在日本就稱正離子是「疲勞離子」，而稱負離子為「舒適離子」、「元氣離子」或「空氣中的維他命」。
環境中負離子的生成
在自然環境中常因狀態的變化而產生負離子。以瀑布為例，瀑布是水從高處落到低處所形成的，在落下的同時，水粒子會和岩石產生激烈的碰撞而飛散，飛散的水粒子與周圍空氣摩擦就可能形成負離子。像淋浴、噴泉、溫泉澡堂都和瀑布類似，飛散的水粒子中也可能會含有很多的負離子。
地表中的輻射性物質也可能成為負離子的發生源，它們輻射出來的α射線、β射線、γ射線或x射線，都可能以附加或失去電子的方式把電子釋放到空氣中，使空氣中的分子形成帶負電的負離子。
雷是帶電的雲所產生的放電現象，當雲和地上的電壓差達到大約1億伏特時就會打雷，產生的電流約有40萬安培，也可能激發四周空氣中的分子形成負離子。
負離子的功能
1905年諾貝爾物理獎得主德國的菲力浦‧萊納德（Philip Lenard）博士發現，當瀑布大量的水由高山上衝瀉而下，擊打到瀑潭周圍的岩石或水面時，激起大量的霧狀水花，水分子間互相撞擊致使水分子分解，就可能會產生大量負離子。這些負離子會吸納空氣中的塵埃、惡臭等細小的污染物，隨後附著在樹木、岩石或溶入潭水中，因此達到淨化空氣的作用，這種大自然的自淨作用又稱為「萊納德效用」。
科學家經過仔細計算表示，空氣中的負離子含量，在不同的空間，每立方公分的空氣中負離子含量如表一所示，一般都市住宅區約40~80、綠化區約100~200、都市公園為400~600、郊外、田野可達1,500，而高山、海邊可達5,000，大瀑布區或森林可能達50,000，若在生活環境中能維持在1000~2000時，較能維持人體健康，若能增加到5千個以上則可增加強免疫力。
負離子成為世界各國目光的焦點，主要是因為在現代的居住環境中受到環境污染物，如汽車排放的廢氣、工廠的煤煙、大量使用的農藥和化學物質等的影響，使得空氣中負離子大量減少。許多國家對負離子與健康關係的研究都相當熱衷，較具代表性的有美國、德國、加拿大、瑞士、瑞典等國家，對於負離子與健康有關的說法，最早可以追朔到西元1560年左右。
北海道大學名譽教授阿岸祐幸博士指出，「正離子的世界是氧化→腐敗→破壞，具有破壞動植物健康的作用。相反地，負離子的世界是還原→合成→復甦，具有促進包含人類在內的動植物健全成長的作用。」這句話闡明了現代人對負離子功效的無限期望。
日本東京大學醫學系生體物理醫學專科山野井昇教授在專書(2)“負離子活化生命”中提出負離子可以吸附空氣中的污染物，創造清新，充滿活力的氣氛。
參考文獻：
(1)郭心怡(2003)。負離子好棒。台南市：正義出版事業有限公司。
(2)山野井昇(2004)。負離子活化生命。台北市：元氣齋出版社有限公司。
本文獲作者同意授權，經國民健康署社區健康組發布露出。
