Un ionizator este un dispozitiv pentru ionizarea unui gaz sau lichid. Sunt folosite în sistemele de ventilație pentru a purifica aerul și se presupune că suprima activitatea bacteriană [1] .
La purificarea aerului, efectul ionizatorilor nu depășește efectul filtrelor convenționale HEPA [2] , iar efectul antiviral nu are un efect anti-epidemic, deoarece virușii, de regulă, se răspândesc ca parte a picăturilor de lichid, care ionii nu au efect suficient asupra [3] . Presupusul efect pozitiv al aerului sau apei ionizate asupra sănătății umane s-a dovedit a fi la un nivel apropiat de placebo [4] .
Ionizarea atmosferică a fost descoperită de J. Elster și G. Geitel în 1899. [5] Posibilitatea prezenței ionilor într-un gaz sau lichid poate fi demonstrată clar într- o cameră cu nori . [6] Utilizarea ionilor pentru analiza spectrală de masă a materiei este o metodă importantă, inclusiv medicală de cercetare, iar descoperirea posibilității ionizării cu laser în 1987 a fost distinsă cu Premiul Nobel în 2002 . Pe baza ipotezei efectului pozitiv al ionilor asupra sănătății și bunăstării umane, în special, exprimată de A. Sokolov în 1903, [5] unii oameni de știință și ingineri au făcut încercări de a crea dispozitive comerciale pentru ionizare. În URSS, înainte de război, un talentat inventator autodidact A. L. Chizhevsky a fost implicat în astfel de evoluții , cu toate acestea, rezultatele cercetării sale științifice au fost recunoscute ca fiind falsificate . În 1967, S. A. Lowes a fondat o companie în Marea Britanie cu fonduri proprii pentru producția de ionizatoare de aer comerciale, care au fost promovate, inclusiv pentru uz casnic. [7]
Ionizatoarele funcționează dintr-o sursă de radiații ionizante (de exemplu, ultraviolete sau izotopi radioactivi ) sau la tensiune înaltă (câteva mii de volți) cu o descărcare corona pe electrozi. În acest din urmă caz se folosesc electrozi ionizanți și surse de înaltă tensiune, dispozitive de automatizare și siguranță. Electrozii ionizanți sunt de două tipuri: ac (ascuțiți) și sârmă. Fluxul ionic ajunge adesea la 1 µA, ceea ce corespunde la câteva miliarde de ioni pe secundă. Descărcările de arc și scântei nu sunt utilizate pentru ionizarea aerului, deoarece ozonul și oxizii de azot se formează împreună cu ionii de oxigen din aer. [5]
Au fost create un număr mare de ionizatoare de aer de diferite tipuri, acestea includ [5] :
— ionizatoare de aer termoionice de F. G. Portnov și D. L. Vilchevsky, Ya. Yu. Reinet și colab., V. I. Grachev și A. K. Tuman; - ionizatoare de aer radioizotopi de A. B. Verigo și V. A. Poderni, Ts. I. Steinbock, „Sigma”; - ionizatoare radioactive de aer ale Institutului de Cercetări Nucleare al Academiei de Științe a RSS Ucrainei „IVA 1” și „IVA 2”; - ionizatoare fotoelectrice de aer de Ya. Yu. Reinet și A. K. Tuman; - ionizatoare hidrodinamice de aer (hidroaeroionizatoare) de A. A. Mikulin , E. A. Chernyavsky, D. K. Pislegin și alții; - ionizatoare de aer corona (efluviale) de D. P. Sokolov, A. L. Chizhevsky, AIR-2, Riga, Ryazan-101, EFA, Zovuni, Aina, Electronics.Ionizatorii sunt împărțiți în două tipuri, în funcție de ce tipuri de ioni sunt capabili să genereze: ionizatori unipolari - produc numai ioni încărcați negativ N 2 - și O 2 - ; [8] ionizatoare bipolare — produc atât ioni H + și O 2 - încărcați negativ, cât și pozitiv [3] sau așa-numitele ionizatoare cu plasmă care produc simultan ioni de H + și hidroxid HO - [3] .
Ionizatoarele de aer cu ultraviolete cu diverse surse de lumină ultravioletă au produs o cantitate excepțional de mare de ozon și oxizi de azot. În câteva minute după aprinderea lămpii de cuarț, cantitatea de gaze nocive din aer depășește valoarea admisă de zeci și sute de ori. Ionizatoarele cu ultraviolete nu sunt potrivite pentru experimente fiziologice.
Radiațiile ultraviolete, radiațiile alfa, beta, gama, razele X reproduc de asemenea ioni. Emițătorii de ultraviolete au fost utilizați în instituțiile medicale pentru dezinfecție. Până în prezent, ele sunt folosite pentru purificarea apei de băut, vindecarea lacurilor, rășinilor și polimerilor, dar efectul principal aici este produs nu de ioni, ci de fotoni de înaltă energie care distrug moleculele substanței iradiate și produc efectul de distrugere a Strat de suprafață.
Așa-numitele hidroionizatoare sunt generatoare de praf de apă încărcat electrostatic. În URSS, „aeroionizatoarele” hidrodinamice de tip „Comfort” ( A. A. Mikulina ), care produceau o cantitate mare de ioni de apă (dar, în general, nu duceau la ionizarea oxigenului din aer), folosind apă distilată, au găsit aplicare largă. Se aplică la crearea de electroaerosoli medicamentoși și la dispersia fină a lichidului.
Ionizatoarele de acest tip sunt echipate cu electrozi ascuțiți, care, prin intermediul descărcării corona și al emisiei electrostatice , formează ioni în imediata apropiere a electrozilor. Aceste dispozitive sunt de două tipuri:
Ambele tipuri de ionizatoare sunt folosite atât pentru a obține o anumită sarcină, cât și pentru a devia sau a preveni încărcările electrostatice nedorite . Pentru a putea amplasa ionizatoarele la cea mai mare distanță posibilă de suprafața descărcată (încărcată) (până la 2 m), acestea sunt echipate cu suflante (externe sau încorporate) - în acest fel, aer ionizat și odată cu acesta sarcina electrică, este furnizată în locul dorit (de exemplu, în tipografii) [9] . Ionizatoarele corona sunt adesea realizate sub formă de șine pieptene; sunt alimentate de surse AC sau DC. Când sunt conectate la AC, toate vârfurile pieptenelor sunt conectate; la curent continuu, tensiuni de diferite semne sunt aplicate vârfurilor adiacente.
Copiatoarele și imprimantele laser folosesc ionizatoare DC (curentul alternativ trece prin redresoare) - în ele, ionizatoarele sunt folosite pentru încărcarea electrostatică fără contact a arborelui foto .
Candelabru ChizhevskyBiofizicianul sovietic A. L. Chizhevsky a încercat să investigheze experimental efectele fiziologice ale ionilor pozitivi și negativi din aer asupra organismelor vii și a aplicat ionizarea artificială a aerului. [10] Ionii atmosferici au fost numiți de A. L. Chizhevsky ionii de aer , procesul de apariție a acestora - ionizarea aerului , saturarea artificială a aerului din interior cu ei - ionificarea aerului , tratamentul cu ei - terapia cu ioni de aer . Ulterior, Chizhevsky a creat un dispozitiv electronic - un ionizator de aer, care crește concentrația de ioni negativi de oxigen de aer în aer. În 1931, A. L. Chizhevsky a propus proiectarea unui candelabru electro-fluvial ca generator de ioni de aer. În prezent, în onoarea inventatorului, acest dispozitiv este numit „candelabru Chizhevsky” (în design, dispozitivul seamănă cu un candelabru și este conceput pentru a fi atârnat pe tavan).
Schema sa de bază este relativ simplă. Corpul de lucru este un candelabru electro-fluvial (din grecescul „effluvius” - eu expir) conectat la o sursă de înaltă tensiune cu polaritate negativă. Candelabru este o jantă de metal ușor pe care este întins un fir de-a lungul a două axe perpendiculare. Face parte din sferă - o grilă care iese în jos. Acele sunt lipite la nodurile de plasă (până la 50 mm lungime și până la 1 mm grosime). Gradul de ascuțire a acestora ar trebui să fie maxim, deoarece fluxul de curent din vârf crește, iar posibilitatea formării ozonului scade. Pentru generarea eficientă de ioni de aer, tensiunea furnizată de polaritate negativă trebuie să fie de cel puțin 25 kV. Pentru a asigura siguranța, curentul de pe candelabru trebuie să fie sub 0,03 mA (la ieșire, în fața candelabrei este plasată o rezistență de limitare de 1 GΩ).
Chizhevsky credea că „pentru a crea în aer ioni de aer ușor de oxigen care au un efect benefic asupra oamenilor și pentru a purifica aerul spațiilor locuite, în niciun caz nu pot fi folosite numeroase ionizatoare oferite de diferiți inventatori. În aceste scopuri, hidroionii sunt complet nepotriviți, precum și ionii obținuți ca urmare a acțiunii radiațiilor radioactive sau ionizante periculoase pentru sănătate asupra moleculelor de aer. A. L. Chizhevsky a efectuat experimente medicale, veterinare și agricole cu un candelabru electro-fluvial. Aceste studii au fost criticate, inclusiv de către A. Ioffe și B. Zavadovsky , pentru încălcarea metodologiei experimentale și nu au fost recunoscute de știința oficială. [10] [11] Timiryazev a numit teza lui Chizhevsky o prostie. [12]
Izotopii radioactivi (radionuclizi) sunt utilizați în detectoarele de incendiu cu ionizare pentru a detecta ionii substanțelor de absorbție (fum, aerosoli ); în timp ce conductivitatea aerului se măsoară prin ionizare - conductivitatea aerului crește în prezența gazelor organice, fumului sau aerosolilor în el.
Sunt disponibile spre vânzare uscătoare de păr [13] , aspiratoare [14] , umidificatoare de aer [15] , tastaturi [16] și chiar laptopuri [17] cu ionizatoare încorporate care promit să aibă efect antistatic.
Activarea suprafețelor dielectrice care servesc ca unul dintre electrozi în procesul de descărcare corona, sau în procesul de ionizare termică, pentru a crește atracția și a îmbunătăți aderența. După o astfel de prelucrare, și pentru unii polimeri numai după aceasta, se poate aplica o acoperire pe suprafață (laminare, vopsire, grund etc.)
Ionizarea aerului din spațiile rezidențiale se realizează în principal prin ionizatoare de aer bipolare, care este inclusă în conceptul de microclimat interior. Argumentul producătorilor de ionizatoare de aer se rezumă la faptul că aerul natural pur conține mai mulți ioni negativi (în natură, în special în munți, păduri, lângă cascade).
Purificarea aeruluiPraful, funinginea, fumul, polenul de plante, bacteriile, alergenii și toate particulele solide de aer sunt încărcate sub influența unui ionizator de aer și încep să se deplaseze încet către electrodul pozitiv, care este pereții, tavanul, podeaua, unde se instalează. Aerul interior este curățat, dar toată poluarea va trebui eliminată din toate obiectele și structurile din jur, acest lucru strică aspectul camerelor și este considerat un dezavantaj al candelabrelor Chizhevsky. În special, ionizatoarele lui Chizhevsky au fost utilizate experimental în 1956 în institutele de cercetare ale muncitorilor din industria cărbunelui din Karaganda [10] și în metroul din Moscova . [11] În schimb, producătorii dau următorul argument: tot ceea ce se așează pe pereți, tavan, podea, obiecte, fără un ionizator de aer este în aer, iar o persoană îl inhalează. Cu toate acestea, comunitatea științifică este de părere că același rezultat poate fi obținut în alte moduri, mai ieftine și mai simple. [zece]
Ionizarea aerului inițiază reacțiile de precipitare a gazelor și aerosolilor neplăcut. Astfel, un vas plin cu fum devine brusc complet transparent dacă în el se introduc electrozi metalici ascuțiți conectați la o mașină electrică și toate particulele solide și lichide vor fi depuse pe electrozi. Explicația experimentului este următoarea: de îndată ce o descărcare corona este aprinsă între electrozi, aerul din interiorul tubului este puternic ionizat. Ionii de aer încarcă particule de praf. Particulele de praf încărcate se deplasează sub acțiunea câmpului către electrozi, unde se depun.
Conform standardelor sanitare și igienice pentru nivelurile admise de ionizare a aerului (SanPiN 2.2.4.1294-2003 din 15 iunie 2003), concentrația minimă admisă de ioni în aerul spațiilor industriale și publice ar trebui să fie de 400 de ioni pozitivi sau 400 de ioni negativi pe fiecare. cm³ de aer. Concentrația maximă este reglată la nivelul de 50.000 de ioni pozitivi sau 50.000 de ioni negativi per cm³ de aer. În 1939, Chizhevsky a propus o doză terapeutică de 10.000 - 10.000.000 de ioni negativi per cm³ de aer cu o expunere de 5 până la 60 de minute. [5]
Tratarea apeiEmițătorii de ultraviolete sunt folosiți la prepararea apei de băut pentru a purifica apa de impuritățile organice și bacterii, dar acest lucru nu este direct legat de ionizare.
Tratarea apei piscineiCompania americană Clear Wagner Enviro Technologies a dezvoltat un sistem de tratare a mineralelor care poate reduce semnificativ utilizarea substanțelor chimice în dezinfecția apei piscinei. Tratamentul cu minerale se bazează pe principiul saturării apei curente cu ioni de cupru și argint, care au efect asupra algelor, virușilor și bacteriilor patogene.
Sistemul de curatare este format dintr-o unitate de control si un set de electrozi realizati dintr-un aliaj de cupru si argint si situati la mica distanta unul de altul.
Apa trece printr-o cameră de curgere cu electrozi amplasați în ea. Unitatea de control generează o tensiune continuă de joasă tensiune pe electrozi. Curentul electric face ca atomii de pe suprafața electrozilor să-și doneze electronii și îi transformă în ioni încărcați pozitiv. Ionii transportați de fluxul de apă intră în bazin, unde are loc purificarea. Cantitatea de ioni care intră în apă poate fi controlată în funcție de nivelul de ionizare selectat. Inversarea periodică a polarității tensiunii asigură uzura uniformă a electrozilor.
Ionii de cupru și argint care au căzut în apă sunt activi chimic și, prin urmare, distrug microorganismele vii aflate acolo. Cuprul ucide algele, în timp ce argintul ucide virușii și bacteriile, oferind o curățare de lungă durată, non-toxică și prevenind reinfestarea. Ionii rămân în apă până când precipită sau intră în compuși insolubili cu alge și bacterii, care apoi se depun pe filtre. Un ionizator care injectează continuu ioni le va reumple pierderile.
Ionizarea poate accelera sau, dimpotrivă, încetini procesele de transfer de masă. Deci, dacă substanțele în contact sunt încărcate diferit, procesul este accelerat, în timp ce, cu aceeași sarcină, încetinește. Acest efect a găsit o aplicație largă, de exemplu, în electrofotografie , purificarea produselor de ardere din particulele de funingine, pentru a intensifica procesul de fumat etc.