光負(fù)氧離子技術(shù)在室內(nèi)燈具的應(yīng)用

吳育林，梁 明，陳賢東，郭海浪，謝杰普

(廣東凱西歐光健康有限公司，廣東 佛山 528000)

引言

負(fù)氧離子指的是一種帶有電荷的氧離子，其概念以及對(duì)于環(huán)境與人體健康的影響正在逐步成為我國(guó)社會(huì)與公眾廣泛關(guān)注的問(wèn)題。空氣中的負(fù)氧離子能夠使生物體內(nèi)的自由基無(wú)毒化與細(xì)胞活化，因此，當(dāng)空氣中的負(fù)氧離子達(dá)到一定濃度的時(shí)候，會(huì)對(duì)人類的生長(zhǎng)發(fā)育有良好的促進(jìn)作用。另外研究表明,負(fù)氧離子會(huì)對(duì)人體的心理狀態(tài)產(chǎn)生積極的影響。光除了提供光亮、刺激視覺(jué)形成外，還會(huì)對(duì)人的生理、心理等方面產(chǎn)生顯著影響。光的不同成分也對(duì)應(yīng)著不同的功能，經(jīng)過(guò)本公司提出的光譜功率分布配方技術(shù)，通過(guò)人體的光反應(yīng)機(jī)制，根據(jù)人造光源的成熟應(yīng)用技術(shù)，設(shè)計(jì)出更合適人體健康、人體生理和心理需求的全新光源，最大限度地滿足健康光環(huán)境。高度定制的光譜功率分布配方和負(fù)氧離子相結(jié)合，在凈化空氣環(huán)境、消菌殺毒的情況下，更能夠?qū)⒄彰髻|(zhì)量顯著提升，達(dá)到1+1>2的消菌殺毒和凈化空氣的效果。

1 負(fù)氧離子的作用與產(chǎn)生原理

負(fù)氧離子被發(fā)現(xiàn)后，被稱為“自然調(diào)理因子”。這種“自然調(diào)理因子”的濃度在大雨過(guò)后或者是在瀑布旁會(huì)大大增加。如圖1所示，不同濃度的負(fù)氧離子對(duì)人體的影響有顯著不同。淋浴后,空氣和水中的各種負(fù)氧離子的濃度也可能會(huì)逐漸增加[1-3]。然而,由于在城市空氣污染物中，且負(fù)氧離子自身存在的時(shí)間短(平均約為1 min),城市大氣中負(fù)氧離子的濃度分布遠(yuǎn)低于城市新鮮空氣[4](根據(jù)國(guó)際衛(wèi)生組織的研究規(guī)定,空氣中的負(fù)氧離子濃度為1 000～1 500個(gè)/cm3,視為城市新鮮空氣)。

圖1 負(fù)氧離子含量對(duì)身體的影響Fig.1 The effect of negative oxygen ion content on the body

空氣環(huán)境中的氧分子在極度高壓或者較強(qiáng)的紫外線下對(duì)其進(jìn)行離子電離時(shí)所可能產(chǎn)生的各種離子團(tuán)和自由電子,多數(shù)都只能通過(guò)空氣利用其與氧氣反應(yīng)來(lái)進(jìn)行獲得,因此,我們往往將存在于空氣環(huán)境中的各種負(fù)氧離子簡(jiǎn)單地稱為“負(fù)氧離子”。自然界中放電(又稱閃電)的輻射現(xiàn)象、光電輻射效應(yīng)、噴泉、瀑布等都認(rèn)為可以直接促進(jìn)其與周圍的自然空氣相互作用電離,形成正反向的氧和負(fù)氧離子[5，6]。如圖2所示，在一些景區(qū)，會(huì)顯示實(shí)時(shí)的負(fù)氧離子監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，而目前人工技術(shù)制備活性負(fù)氧離子的途徑主要有:紫外線照射、負(fù)氧離子輻射刺激、熱能等電子氣體發(fā)射、電暈離子放電等。

圖2 某景區(qū)的負(fù)氧離子實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控Fig.2 Real-time data monitoring of negative oxygen ions in a scenic spot

2 負(fù)氧離子的效應(yīng)

2.1 負(fù)氧離子的醫(yī)療保健效應(yīng)

負(fù)氧離子具有抗氧化性。負(fù)氧離子與正電位之間帶有負(fù)電位,這也就意味著我們可以通過(guò)使用額外的負(fù)電子來(lái)修復(fù)或者補(bǔ)充衰老細(xì)胞。當(dāng)電子信息添加到自由基之后,自由基被還原以消滅這些自由基,負(fù)氧離子本身就會(huì)發(fā)展并將其轉(zhuǎn)化成氧氣的分子。Sirota等[7]通過(guò)研究觀察了人體血液中的抗氧化酶和超氧化物歧化酶對(duì)于負(fù)氧離子的反應(yīng)靈敏度,發(fā)現(xiàn)這些負(fù)氧離子在人體內(nèi)部可直接地作用于呼吸系統(tǒng)和人體各個(gè)呼吸器官粘膜及其血液,從而大大增加了人體血液中活性氧的含量。當(dāng)空氣中含有負(fù)氧化合物和陽(yáng)離子的濃度達(dá)到700個(gè)/cm3以上時(shí),人體就可以感覺(jué)到舒適。當(dāng)人體中的負(fù)氧離子在1 000個(gè)/cm3左右時(shí),具有研究中國(guó)對(duì)保健因子在身體中的影響作用;當(dāng)大于8 000個(gè)/cm3時(shí)，可發(fā)展并在相關(guān)疾病的治療中發(fā)揮積極作用。負(fù)氧離子還能夠增強(qiáng)人體皮層的機(jī)械功能并促進(jìn)大腦的活動(dòng),改善人們的睡眠質(zhì)量[8]。此外，《量子醫(yī)學(xué)》中認(rèn)為,腫瘤的發(fā)生與細(xì)胞內(nèi)電子的喪失所引起而造成的細(xì)胞核內(nèi)部的基因突變有關(guān)。負(fù)氧離子能夠向人類身體中提供許多負(fù)電子,從而提高機(jī)體中的免疫細(xì)胞活力,防止遺傳性基因的突變[9，10]。

2.2 負(fù)氧離子的環(huán)境效應(yīng)

1)凈化空氣。負(fù)氧離子在空氣中可以流動(dòng)，達(dá)到凈化空氣的效果，其原理是空氣動(dòng)力學(xué)和空氣靜電傳動(dòng)工作學(xué)。如圖3所示，負(fù)氧離子擁有三種不同的凈化空氣途徑。負(fù)氧離子能夠直接有效吸收處于室內(nèi)空氣系統(tǒng)中的各種灰塵、煙霧、細(xì)菌、水滴等各種有害物質(zhì),達(dá)到凈化空氣的目的。

圖3 負(fù)氧離子的凈化原理Fig.3 Purification principle of negative oxygen ion

2)消除室內(nèi)異味和各種有害氣體。負(fù)氧離子可與空氣中揮發(fā)性的有機(jī)化合物進(jìn)行反應(yīng)，能夠顯著降低環(huán)境空氣中微生物,中和氣味及特定揮發(fā)性有機(jī)物。它的工作原理不是一種負(fù)氧離子本身,而是能夠在空氣中產(chǎn)生具有很強(qiáng)抗氧化性的羥基自由基。其中,OH是一種羥基自由基,具有很強(qiáng)的抗氧化活性，羥基自由基在氮氧化物中具有很強(qiáng)的吸附及分解功能。負(fù)氧離子也可以對(duì)氮氧化物起到很好的凈化效果。氮氧化物(NOx)通常被稱為一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)的共同混合物，它們是房間中的主要污染物。

3 光負(fù)氧離子的定義與應(yīng)用

隨著人類一代代進(jìn)化和選擇，人體的各項(xiàng)機(jī)能和器官已經(jīng)適應(yīng)了不同時(shí)間段明暗和光色的變化，人為地改變照明狀況可能影響人的身體健康和機(jī)能運(yùn)轉(zhuǎn)，因此太陽(yáng)光是自然界最健康的光。

3.1 定義

本文基于太陽(yáng)光與負(fù)氧離子相結(jié)合的構(gòu)想提出了光負(fù)氧離子技術(shù)(The Light Negative Oxygen Ions，簡(jiǎn)稱LNOI)，有時(shí)也稱之為光負(fù)離子技術(shù)。它是一種新型的將健康照明與綠色空氣治理技術(shù)融為一體的集成技術(shù)：既輸出模擬太陽(yáng)光光譜(包含可見(jiàn)光光譜、紅外光譜和紫外光譜)又輸出模擬自然森林里面的負(fù)氧離子，同時(shí)還利用自身產(chǎn)生的特定波長(zhǎng)光譜降解負(fù)氧離子發(fā)射器伴生的臭氧離子，此外在工作時(shí)滿足電磁輻射和電磁干擾相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求。因此，光負(fù)氧離子是一種可提供健康照明和稱之為空氣維生素的負(fù)氧離子的新型綠色照明和空氣治理的集成技術(shù)。它無(wú)臭氧伴生、無(wú)電磁輻射和電磁干擾，既可以預(yù)防近視和緩解抑郁癥，又能消殺病毒細(xì)菌、凈化空氣，還能去除異味、分解甲醛等有害物質(zhì)。

LNOI技術(shù)依據(jù)積累的自然界光譜及負(fù)離子的數(shù)據(jù)，通過(guò)研究各類光譜數(shù)據(jù)、臭氧及負(fù)氧離子的反應(yīng)機(jī)制，根據(jù)人造光源和負(fù)氧離子發(fā)生器的成熟應(yīng)用技術(shù)，設(shè)計(jì)出更合適人體健康、人體生理和心理需求的光負(fù)氧離子產(chǎn)品，最大限度地滿足健康光環(huán)境和空氣環(huán)境。

基于光負(fù)氧離子技術(shù)，本公司發(fā)明了一種實(shí)用新型空氣消毒凈化燈，如圖4所示，相比傳統(tǒng)燈具，其具有以下優(yōu)勢(shì):設(shè)有功能面板，通過(guò)在功能面板上設(shè)置空心柱并開(kāi)設(shè)孔，在孔洞、空心柱內(nèi)設(shè)置負(fù)氧離子釋放裝置，不僅可以使負(fù)氧離子釋放裝置釋放的負(fù)氧離子直接擴(kuò)散到空氣中，提高空氣凈化效率，空心柱還可以封閉負(fù)氧離子釋放器，以避免負(fù)氧離子釋放器釋放負(fù)氧離子時(shí)產(chǎn)生的高電壓或電火花對(duì)燈殼內(nèi)的電子裝置 (如照明源)造成損壞。同時(shí),本研究也涉及到空氣處理技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域,尤其涉及一種新型的空氣殺菌滅毒系統(tǒng)和一種新型的空氣殺菌滅毒方法,包括:殼體、面環(huán)，套設(shè)于殼體的下端;空氣殺菌消毒裝置包括紫外線光源和負(fù)氧離子模塊，紫外線光源和負(fù)氧離子模塊的負(fù)氧離子釋放裝置設(shè)置在所述面環(huán)上;紫外線光源可發(fā)出250～300 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的紫外光，用于通過(guò)作用于負(fù)氧離子釋放器運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的臭氧來(lái)還原成氧氣。

圖4 光負(fù)離子燈具的基本構(gòu)造Fig.4 Basic structure of photonegative ion lamps

3.2 光負(fù)氧離子技術(shù)在燈具上的應(yīng)用

近些年出現(xiàn)了帶有負(fù)氧離子發(fā)生器的燈具，這種燈具通常在其內(nèi)部安裝有一個(gè)負(fù)氧離子發(fā)生器,但是負(fù)氧離子發(fā)生器會(huì)在燈具內(nèi)部產(chǎn)生較高的電壓和火花,容易損壞燈殼內(nèi)部的電子器件，從而影響燈具的使用壽命[11，12]。

如表1、表2所示，我們?cè)O(shè)計(jì)的燈具為了驗(yàn)證不同負(fù)氧離子在水平和垂直方向上的濃度，制作了水平和垂直兩組數(shù)據(jù)。

表1 橫向和縱向不同距離負(fù)氧離子的濃度數(shù)據(jù)Table 1 Data on the concentration of negative oxygen ions at different distances in transverse and longitudinal directions

表2 測(cè)試燈具不同方向上的負(fù)氧離子濃度Table 2 Test the concentration of negative oxygen ions in different directions of the lamp

如圖5所示，本燈具在豎直向下方向有顯著的消菌殺毒作用且能形成一個(gè)獨(dú)立封閉的無(wú)菌空間，為以后大規(guī)模的運(yùn)用做下鋪墊。

圖5 光負(fù)離子燈具的陣列使用效果圖Fig.5 Renderings of the array of light-negative ion lamps

4 光負(fù)氧離子產(chǎn)品的效果檢測(cè)

基于光負(fù)離子技術(shù)所發(fā)明的新型LED設(shè)備在消毒殺菌效果以及負(fù)氧離子濃度測(cè)試中皆取得了顯著的成就。在視力保護(hù)方面，我們與中山大學(xué)中山眼科中心及佛山市第二人民醫(yī)院開(kāi)展項(xiàng)目研究，項(xiàng)目已獲2019年度廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金立項(xiàng)支持，在高品質(zhì)LED光源的基礎(chǔ)上，加入R9紅色光譜及IR紅外線光譜技術(shù)，同時(shí)減少藍(lán)色光譜輸出，保護(hù)視力，以降低人群發(fā)生近視機(jī)率。在空氣凈化方面，我們利用燈具內(nèi)的負(fù)氧離子發(fā)生裝置產(chǎn)生大量負(fù)氧離子模擬森林環(huán)境，釋放負(fù)離子，吸附空氣中的懸浮細(xì)菌及雜質(zhì)下沉落地，達(dá)到所需空間凈化空氣功能。經(jīng)廣東省科學(xué)院微生物研究所檢測(cè)，2 h內(nèi)甲醛去除率43%、氨氣去除率47.1%、硫化氫祛除率45.7%。在殺毒消菌方面，本公司在產(chǎn)品內(nèi)加入U(xiǎn)VC紫外線光譜技術(shù)模塊，模擬自然太陽(yáng)光的光譜成分，能達(dá)到殺菌消毒的作用，且對(duì)人體無(wú)傷害。經(jīng)廣東省科學(xué)院微生物研究所檢測(cè)，2 h內(nèi)對(duì)取樣的白色葡萄球菌殺滅率為99.33%；2 h內(nèi)對(duì)取樣的甲型流感病毒H1N1殺滅率為99.97%；2 h內(nèi)甲醛去除率43%、氨氣去除率47.1%、硫化氫祛除率45.7%，圖6是部分檢測(cè)結(jié)果截圖。

圖6 部分檢測(cè)結(jié)果截圖Fig.6 Screenshot of some test results

5 總結(jié)

我國(guó)的“十三五”規(guī)劃將第三代半導(dǎo)體材料和半導(dǎo)體照明納入其中，提出要發(fā)展綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)。光健康的概念逐漸被越來(lái)越多的人接受。健康照明領(lǐng)域?qū)⒃贚ED市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位。同時(shí)盡管目前具有光負(fù)氧離子技術(shù)的燈具的研究和應(yīng)用技術(shù)還處于初級(jí)階段,但它仍將給我國(guó)照明產(chǎn)品和企業(yè)帶來(lái)創(chuàng)新和突破。我們將結(jié)合光譜配方技術(shù)研究開(kāi)發(fā)出一系列能夠帶有健康光源的護(hù)眼臺(tái)燈、教室燈具、醫(yī)療燈等新型產(chǎn)品,達(dá)到健康與照明的結(jié)合，更好地把基于光負(fù)氧離子技術(shù)的健康照明理念推廣。