第1章緒論1

節引言1

第二節空氣負離子2

第三節負氧離子的概念4

第四節負氧離子的產生機理以及產生負氧離子的方法5

一、自然產生途徑5

二、人為產生途徑6

第五節負氧離子的作用7

第六節負氧離子的應用10

一、負氧離子顯示器10

二、負氧離子應用於果蔬保鮮11

三、負氧離子纖維和功能紡織品11

四、負氧離子與衛生保健12

第七節負氧離子與生態旅遊13

一、空氣負離子濃度觀測13

二、自然環境中的負氧離子14

三、負氧離子與生態旅遊的關繫15

第八節展望18

參考文獻18



第2章氧的種類與氧化學20

節引言20

第二節氧的種類21

一、氧分子（O2）21

二、臭氧（O3）22

三、超氧自由基負離子（·O-2）27

四、過氧化氫（H2O2）29

五、羥自由基（HO·）31

六、單線態氧（1O2）33

第三節氧化學35

一、水36

二、氧分子37

參考文獻40



第3章負氧離子發生的基本原理及其相關化學反應過程42

節引言42

第二節負氧離子的產生及其物理性質43

第三節負氧離子產生的微觀踫撞機理44

第四節負氧離子的發生及其相關化學反應過程45

一、天然負氧離子的發生45

二、植物光合作用的機理48

三、人工產生負氧離子的方式50

四、高壓放電產生負氧離子機理50

五、壓電晶體法產生負氧離子的機理50

六、天然礦物材料產生負氧離子的機理52

七、負氧離子激勵劑產生負氧離子及相關機理53

八、人工勒納爾效應（瀑布效應）54

參考文獻54



第4章森林資源與負氧離子55

節引言55

第二節森林中負離子產生機理56

第三節森林資源結構對負氧離子濃度的影響57

一、植物與負氧離子的相關性57

二、森林覆蓋率對負氧離子濃度的影響60

三、森林中不同林分類型環境對負氧離子的影響60

四、群落結構復雜性與負氧離子濃度的相關性62

五、森林中水體對負氧離子濃度的影響62

六、負氧離子濃度與海撥高度的關繫63

七、氣像條件對負氧離子濃度的影響63

八、負氧離子濃度的日間變化和四季變化64

九、森林地質與負氧離子的關繫64

第四節森林覆蓋率與負氧離子分布的關繫65

第五節森林環境中大氣負離子濃度的評價標準67

一、大氣清潔度質量評價67

二、森林環境中負氧離子濃度的醫療保健分級標準68

三、負氧離子含量在森林生態旅遊中的重要作用69

四、森林資源結構的可持續發展70

第六節森林浴的開展條件與負氧離子含量70

第七節城市森林與空氣負離子的相關性72

一、城市森林的成分及其類型72

二、城市森林植被結構對空氣負離子水平的影響73

三、城市森林的規劃與建設74

參考文獻75



第5章負氧離子與健康76

節引言76

第二節負氧離子可以促進健康77

一、負氧離子與健康的認識研究77

二、負氧離子含量與健康關繫77

三、負氧離子對健康的影響80

第三節負氧離子促進健康的機理和特點81

一、負氧離子促進人體健康的可能機理81

二、負氧離子應用於醫學保健方面的機理和特點83

三、負氧離子紡織品促進健康的機理及特點87

四、負氧離子應用於果蔬保鮮的機理和特點89

第四節負氧離子在健康保健方面的應用90

一、醫療預防91

二、衛生保健91

三、負氧離子的其他科技應用92

參考文獻93



第6章負離子對室內空氣污染物淨化和降解作用97

節引言97

第二節室內空氣污染物的來源與形態98

一、室內空氣污染物分類98

二、室內空氣污染物來源99

第三節負離子對室內可吸入顆粒物的淨化降解100

一、空氣顆粒物分類100

二、顆粒物造成室內空氣污染的分布101

三、顆粒物對人體健康的影響102

四、負離子清除顆粒物的作用機理102

第四節負離子對有害微生物的抑制104

一、室內有害微生物的分類104

二、室內微生物污染危害性及抑制的重要性105

三、負離子對室內有害微生物抑制機理106

第五節負氧離子對有毒氣體的降解107

一、碳氫化物的產生、危害及負氧離子對它的降解作用107

二、鹵素及鹵化物的產生、危害及負氧離子對它的降解作用109

三、揮發性有機物113

第六節負離子在室內空氣淨化方面的應用114

參考文獻115



第7章環境負氧離子資源與綠色經濟118

節引言118

第二節區域負氧離子經濟價值的表現形式119

第三節負氧離子資源開發120

一、生態旅遊發展概況120

二、負氧離子的開發122

三、生態旅遊與空氣負氧離子123

四、旅遊城鎮與空氣負離子124

第四節負氧離子利用及生態旅遊經濟125

第五節我國開發負氧離子資源的目標126

第六節我國負氧離子資源的應用開發策略及前景127

一、注重生態效益，建立可持續發展旅遊業127

二、開發相關的產業，促進醫藥、保健、衛生等產業的發展129

三、促進林業、農業的大發展131

四、為機械電子業的發展注入動力133

五、有利於推動我國環境資源產業和環保產業的發展133

第七節負氧離子開發和生態旅遊的可持續發展135

參考文獻136



第8章空氣負離子應用實例139

節引言139

第二節空氣負離子在改善室內空氣環境中的應用140

一、空調房間中空氣負離子的應用140

二、空氣負離子在改善車輛內部空氣中的應用141

三、空氣淨化燈用於產生空氣負離子的應用142

四、空氣負離子顯示器在空氣環境改善方面的應用143

第三節空氣負離子在醫療保健方面的應用144

一、空氣負離子用於輔助治療疾病144

二、空氣負離子用於美容145

三、空氣負離子在體育鍛煉中的應用146

第四節空氣負離子在保鮮果蔬方面的應用147

第五節空氣負離子在養殖業方面的應用149

一、空氣負離子促進肉仔雞生長的作用149

二、空氣負離子對蠶的影響150

第六節空氣負離子在提高黃瓜產量中的作用151

第七節空氣負離子在紡織品中的應用153

第八節大自然的空氣負離子給我們生活帶來更大的受益154

參考文獻156



第9章負氧離子發生器及其應用158

節引言158

第二節產生負氧離子的方法159

第三節負氧離子發生器的產生及發展160

第四節負氧離子發生器的基本工作原理及結構——以電暈放電法負氧離子發生器為例161

第五節負氧離子發生器的評價方法與使用注意事項164

一、評價方法164

二、使用注意事項167

第六節負氧離子發生器的主要作用及功效168

第七節負氧離子發生器的應用168

第八節負氧離子發生器的應用前景171

第九節小結172

參考文獻173



第10章空氣負離子檢測技術及相關的測定方法175

節引言175

第二節動態法空氣離子檢測儀177

一、測量原理178

二、儀器構造179

第三節靜態法空氣離子檢測儀185

一、測量原理185

二、測試軟件繫統及其功能簡介187

三、數據處理理論187

第四節便攜式空氣離子檢測儀188

一、空氣離子閃光檢測器188

二、靜電法便攜式空氣離子檢測儀189

第五節改進型動態法空氣離子檢測儀190

第六節其他相關檢測技術191

第七節展望193

參考文獻193



第11章不同形態空氣負離子質譜甄別技術195

節引言195

第二節空氣負離子形態概述196

一、空氣負離子形態196

二、空氣負離子形態分類196

第三節質譜技術197

一、質譜簡介與特性197

二、空氣負離子質譜檢測原理198

三、裝置結構、操作及應用條件198

四、研究歷史及現狀199

第四節空氣負離子質譜譜圖解析202

一、解析原理202

二、各種典型空氣負離子特征峰203

第五節質譜甄別技術的應用203

一、空氣負離子形成的機理推斷203

二、負離子參與化學反應的實時監控204

三、質譜新型離子源205

第六節應用前景及展望205

一、針對更小分子量空氣負離子的靈敏檢測205

二、空氣負離子濃度的定量分析206

三、空氣負離子細胞培養質譜分析207

四、便攜式質譜的開發與應用207

參考文獻208



第12章基於功能材料的空氣負離子發生方法與應用212

節引言212

第二節負離子功能材料分類213

一、電氣石類213

二、金屬氧化物或鹽類214

三、素類215

四、高分子材料類215

第三節負離子功能材料特性216

一、永久性釋放負離子216

二、發射遠紅外線216

三、抑菌和抗菌作用217

四、降解有毒氣體217

第四節負離子發生機理217

一、電離作用218

二、射線激發作用219

三、電子傳遞作用219

第五節材料加工技術特點219

一、母粒粉體化220

二、表面塗覆化220

三、共聚化220

四、共混紡絲化220

第六節負離子功能材料研究現狀221

第七節負離子功能材料應用現狀222

一、陶瓷222

二、環境工程223

三、紡織工業223

四、建材223

五、醫療保健224

六、快消品224

七、電器225

第八節展望225

參考文獻227

空氣是指地球大氣層中的混合氣體，是人類每天都呼吸著的“生命氣體”，主要由氮氣和氧氣組成，對人類的生存和生產有重要影響。眾所周知，空氣中的氧氣（O2），是生命運動過程中不可缺少的一種氣體，一旦人們處於缺氧或者供氧不足的環境下，就會感到憋氣甚至死亡。所以，自從18世紀70年代初，英國人Joseph Priestley發現氧，200多年來，人們對氧的研究不斷深入。1969年McCord與Fridovich兩人發現，在生化反應過程中O2獲得一個電子還原生成超氧負離子自由基（·O-2），進而經過紅細胞的分離精制後獲得O-2（負氧離子）的清除滅活酶，並將其命名為超氧化物歧化酶（Superoxide dismultase，SOD）。這一發現激發了大批的科學研究者致力於O-2的生成過程、反應活性、毒性、生理和病理等各方面的研究，去探索解明SOD在生理學上的意義。同時由O-2衍生出來的過氧化氫（H2O2）、羥自由基（·OH）、激發態氧（一重態氧或稱單線態氧， 1O2）也受到了人們的重視。近20多年來，活性氧在人體內的作用受到人們極大的關注，研究人員發表了大量有關活性氧，特別是超氧自由基和羥自由基與機體細胞的許多功能活動以及各種疾病，如癌、動脈硬化、糖尿病、心腦血栓、缺氧再灌注綜合征、感染以及衰老效應等相關的研究論文和著作，引起人們對活性氧的普遍興趣，從而激發了人們更深入地去研究活性氧的各種特性，開發各種相關的抗氧化、抗衰老物質，其在醫學和分子生物學領域已成為一項引起廣泛重視的研究課題。

負氧離子，作為氧的活性物種之一，早在100多年前國外就有學者開展這一內容的研究。大量的研究結果表明，空氣中負氧離子濃度的高低與人們的健康息息相關，尤其在生態破壞、環境污染日益嚴重的今天，人們更加需要負氧離子來提高生活質量，促進身體健康。空氣中負氧離子濃度在20個/cm3以下時，人就會感到倦怠、頭昏腦漲；當空氣中的負氧離子數在1000～10000個/cm3之間時，人就會感到心平氣和、平靜安定；當空氣中的負氧離子數在10000個/cm3以上時，人就會感到神清氣爽、舒適愜意；而當空氣中的負氧離子數高達10萬個/cm3以上時，就能起到鎮靜、止喘、消除疲勞、調節神經等防病治病效果。所以負氧離子也被稱為“空氣維生素”，有人甚至認為負氧離子與長壽有關，稱它為“長壽素”。負氧離子含量的高低和分布已經成為生態環境的重要指標之一，它對於開發生態旅遊具有重要的指導意義。帶有負氧離子發生功能的家用電器，有利於改善室內空氣質量，逐漸受到消費者的青睞。研究負氧離子，開發與負氧離子相關的環境資源、電器產品對於提高人們的生活質量具有重要的意義。

本書作者長期從事活性氧及其相關化合物的化學發光研究，“活性自由基的化學發光研究及其分析測定法的建立”項目2001年度獲得國家傑出青年科學基金（批準號：20125514）的資助，保證了研究內容能夠繫統、全面地開展。部分理論研究成果已經成功地應用於海洋有機污染物的監測、大氣顆粒物中有毒化學物質監測以及環境污染物降解機理研究。近年來，由於國內外對負氧離子的需求不斷增多，作者組織的團隊進一步對負氧離子的發生機理和檢測技術進行了繫統的研究，發現目前采用普通負離子檢測器所檢測到的負氧離子實際上是以負氧離子為主的多種其他負離子的氣體混合物。在空氣中，由於存在大量的水分子，因此形成的空氣負離子容易與水結合形成水合空氣負離子（Hydrated negative air ions，HNAIs），其是一種比較典型的空氣負離子。小離子與水分子結合後形成的離子團簇，因其較大的體積且電荷受到水分子保護不易轉移等特點，具有較長的存活周期。主要原因是在分子踫撞過程中，分子體量越大，在遇到其他分子撞擊時所損失的能量就越小，從而使空氣負離子的存活時間延長。因此在本書的修改過程中，我們根據科研成果的實際情況，把原來的書名《環境、健康與負氧離子》改為《環境、健康與空氣負離子》，並對書中的部分章節做了調整和修改。同時，為了使讀者能夠繼續適應負氧離子這個概念和空氣負離子中大部分是負氧離子的事實，在本書的大部分章節繼續保留負氧離子概念，相信讀者在閱讀和參考過程中能夠理解。

全書對原來的《環境、健康與負氧離子》中的一些章節進行了刪減、整合和補充，保留了原來的第1章（宋冠群）、第2章（劉美林）和第3章（程祥磊），原書中的第4章、第8章和第9章整合成新的第4章（李海芳、劉美林、李敏），原書中的第6章和第7章合並成為新的第5章（趙利霞），原書的第5章做了較大的調整並成為新版的第6章（曾湖烈、林海鋒、宋冠群），原書的第10章、第11章和第12章整合成新的第7章（劉敏、王栩、宋冠群），原書的第13章、第14章和第15章內容保留不變並分別改成新的第8章（程祥磊）、第9章（王栩）和第10章（彭振磊）。新增加了由李宇、林海鋒和林玲撰寫的第11章，張定坤、林海鋒和林玲撰寫的第12章。林金明、宋冠群和林玲對全書的內容進行了調整、補充和修改，形成了共由12章組成的新版《環境、健康與空氣負離子》。本書緊密圍繞環境、健康與空氣負離子之間的關繫，所有章節內容均由林金明教授統一確定、組織和安排，宋冠群博士、林玲博士、趙利霞博士負責本書的前期調研和文獻整理。

本項課題早期得到國家傑出青年科學基金（批準號：20125514）以及江西省資溪縣人民政府的資助，資溪縣下屬的各部、局、辦對本項課題的實施給予了極大的支持和幫助，在此表示衷心的感謝。同時也感謝化學工業出版社編輯對本書一些內容和寫法提出了寶貴的建議。

後，誠摯感謝本書中所有被引用論文的作者，他們的原創性研究是構成本書的主要內容，也是推動我國負氧離子研究與應用發展的原動力。但是，由於空氣負離子組分復雜並且存在時間短，目前還沒有有效的表征設備對其進行準確的定性表征。限於筆者研究和理解的不足，書中難免出現錯誤和不妥之處，望讀者和被引用論文作者見諒。



編著者

2021年8月於北京