光负氧离子技术在室内灯具的应用

吴育林，梁 明，陈贤东，郭海浪，谢杰普

(广东凯西欧光健康有限公司，广东 佛山 528000)

引言

负氧离子指的是一种带有电荷的氧离子，其概念以及对于环境与人体健康的影响正在逐步成为我国社会与公众广泛关注的问题。空气中的负氧离子能够使生物体内的自由基无毒化与细胞活化，因此，当空气中的负氧离子达到一定浓度的时候，会对人类的生长发育有良好的促进作用。另外研究表明,负氧离子会对人体的心理状态产生积极的影响。光除了提供光亮、刺激视觉形成外，还会对人的生理、心理等方面产生显著影响。光的不同成分也对应着不同的功能，经过本公司提出的光谱功率分布配方技术，通过人体的光反应机制，根据人造光源的成熟应用技术，设计出更合适人体健康、人体生理和心理需求的全新光源，最大限度地满足健康光环境。高度定制的光谱功率分布配方和负氧离子相结合，在净化空气环境、消菌杀毒的情况下，更能够将照明质量显著提升，达到1+1>2的消菌杀毒和净化空气的效果。

1 负氧离子的作用与产生原理

负氧离子被发现后，被称为“自然调理因子”。这种“自然调理因子”的浓度在大雨过后或者是在瀑布旁会大大增加。如图1所示，不同浓度的负氧离子对人体的影响有显著不同。淋浴后,空气和水中的各种负氧离子的浓度也可能会逐渐增加[1-3]。然而,由于在城市空气污染物中，且负氧离子自身存在的时间短(平均约为1 min),城市大气中负氧离子的浓度分布远低于城市新鲜空气[4](根据国际卫生组织的研究规定,空气中的负氧离子浓度为1 000～1 500个/cm3,视为城市新鲜空气)。

图1 负氧离子含量对身体的影响Fig.1 The effect of negative oxygen ion content on the body

空气环境中的氧分子在极度高压或者较强的紫外线下对其进行离子电离时所可能产生的各种离子团和自由电子,多数都只能通过空气利用其与氧气反应来进行获得,因此,我们往往将存在于空气环境中的各种负氧离子简单地称为“负氧离子”。自然界中放电(又称闪电)的辐射现象、光电辐射效应、喷泉、瀑布等都认为可以直接促进其与周围的自然空气相互作用电离,形成正反向的氧和负氧离子[5，6]。如图2所示，在一些景区，会显示实时的负氧离子监测数据，而目前人工技术制备活性负氧离子的途径主要有:紫外线照射、负氧离子辐射刺激、热能等电子气体发射、电晕离子放电等。

图2 某景区的负氧离子实时数据监控Fig.2 Real-time data monitoring of negative oxygen ions in a scenic spot

2 负氧离子的效应

2.1 负氧离子的医疗保健效应

负氧离子具有抗氧化性。负氧离子与正电位之间带有负电位,这也就意味着我们可以通过使用额外的负电子来修复或者补充衰老细胞。当电子信息添加到自由基之后,自由基被还原以消灭这些自由基,负氧离子本身就会发展并将其转化成氧气的分子。Sirota等[7]通过研究观察了人体血液中的抗氧化酶和超氧化物歧化酶对于负氧离子的反应灵敏度,发现这些负氧离子在人体内部可直接地作用于呼吸系统和人体各个呼吸器官粘膜及其血液,从而大大增加了人体血液中活性氧的含量。当空气中含有负氧化合物和阳离子的浓度达到700个/cm3以上时,人体就可以感觉到舒适。当人体中的负氧离子在1 000个/cm3左右时,具有研究中国对保健因子在身体中的影响作用;当大于8 000个/cm3时，可发展并在相关疾病的治疗中发挥积极作用。负氧离子还能够增强人体皮层的机械功能并促进大脑的活动,改善人们的睡眠质量[8]。此外，《量子医学》中认为,肿瘤的发生与细胞内电子的丧失所引起而造成的细胞核内部的基因突变有关。负氧离子能够向人类身体中提供许多负电子,从而提高机体中的免疫细胞活力,防止遗传性基因的突变[9，10]。

2.2 负氧离子的环境效应

1)净化空气。负氧离子在空气中可以流动，达到净化空气的效果，其原理是空气动力学和空气静电传动工作学。如图3所示，负氧离子拥有三种不同的净化空气途径。负氧离子能够直接有效吸收处于室内空气系统中的各种灰尘、烟雾、细菌、水滴等各种有害物质,达到净化空气的目的。

图3 负氧离子的净化原理Fig.3 Purification principle of negative oxygen ion

2)消除室内异味和各种有害气体。负氧离子可与空气中挥发性的有机化合物进行反应，能够显著降低环境空气中微生物,中和气味及特定挥发性有机物。它的工作原理不是一种负氧离子本身,而是能够在空气中产生具有很强抗氧化性的羟基自由基。其中,OH是一种羟基自由基,具有很强的抗氧化活性，羟基自由基在氮氧化物中具有很强的吸附及分解功能。负氧离子也可以对氮氧化物起到很好的净化效果。氮氧化物(NOx)通常被称为一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)的共同混合物，它们是房间中的主要污染物。

3 光负氧离子的定义与应用

随着人类一代代进化和选择，人体的各项机能和器官已经适应了不同时间段明暗和光色的变化，人为地改变照明状况可能影响人的身体健康和机能运转，因此太阳光是自然界最健康的光。

3.1 定义

本文基于太阳光与负氧离子相结合的构想提出了光负氧离子技术(The Light Negative Oxygen Ions，简称LNOI)，有时也称之为光负离子技术。它是一种新型的将健康照明与绿色空气治理技术融为一体的集成技术：既输出模拟太阳光光谱(包含可见光光谱、红外光谱和紫外光谱)又输出模拟自然森林里面的负氧离子，同时还利用自身产生的特定波长光谱降解负氧离子发射器伴生的臭氧离子，此外在工作时满足电磁辐射和电磁干扰相关技术规范的要求。因此，光负氧离子是一种可提供健康照明和称之为空气维生素的负氧离子的新型绿色照明和空气治理的集成技术。它无臭氧伴生、无电磁辐射和电磁干扰，既可以预防近视和缓解抑郁症，又能消杀病毒细菌、净化空气，还能去除异味、分解甲醛等有害物质。

LNOI技术依据积累的自然界光谱及负离子的数据，通过研究各类光谱数据、臭氧及负氧离子的反应机制，根据人造光源和负氧离子发生器的成熟应用技术，设计出更合适人体健康、人体生理和心理需求的光负氧离子产品，最大限度地满足健康光环境和空气环境。

基于光负氧离子技术，本公司发明了一种实用新型空气消毒净化灯，如图4所示，相比传统灯具，其具有以下优势:设有功能面板，通过在功能面板上设置空心柱并开设孔，在孔洞、空心柱内设置负氧离子释放装置，不仅可以使负氧离子释放装置释放的负氧离子直接扩散到空气中，提高空气净化效率，空心柱还可以封闭负氧离子释放器，以避免负氧离子释放器释放负氧离子时产生的高电压或电火花对灯壳内的电子装置 (如照明源)造成损坏。同时,本研究也涉及到空气处理技术的各个领域,尤其涉及一种新型的空气杀菌灭毒系统和一种新型的空气杀菌灭毒方法,包括:壳体、面环，套设于壳体的下端;空气杀菌消毒装置包括紫外线光源和负氧离子模块，紫外线光源和负氧离子模块的负氧离子释放装置设置在所述面环上;紫外线光源可发出250～300 nm波长范围内的紫外光，用于通过作用于负氧离子释放器运行过程中产生的臭氧来还原成氧气。

图4 光负离子灯具的基本构造Fig.4 Basic structure of photonegative ion lamps

3.2 光负氧离子技术在灯具上的应用

近些年出现了带有负氧离子发生器的灯具，这种灯具通常在其内部安装有一个负氧离子发生器,但是负氧离子发生器会在灯具内部产生较高的电压和火花,容易损坏灯壳内部的电子器件，从而影响灯具的使用寿命[11，12]。

如表1、表2所示，我们设计的灯具为了验证不同负氧离子在水平和垂直方向上的浓度，制作了水平和垂直两组数据。

表1 横向和纵向不同距离负氧离子的浓度数据Table 1 Data on the concentration of negative oxygen ions at different distances in transverse and longitudinal directions

表2 测试灯具不同方向上的负氧离子浓度Table 2 Test the concentration of negative oxygen ions in different directions of the lamp

如图5所示，本灯具在竖直向下方向有显著的消菌杀毒作用且能形成一个独立封闭的无菌空间，为以后大规模的运用做下铺垫。

图5 光负离子灯具的阵列使用效果图Fig.5 Renderings of the array of light-negative ion lamps

4 光负氧离子产品的效果检测

基于光负离子技术所发明的新型LED设备在消毒杀菌效果以及负氧离子浓度测试中皆取得了显著的成就。在视力保护方面，我们与中山大学中山眼科中心及佛山市第二人民医院开展项目研究，项目已获2019年度广东省基础与应用基础研究基金立项支持，在高品质LED光源的基础上，加入R9红色光谱及IR红外线光谱技术，同时减少蓝色光谱输出，保护视力，以降低人群发生近视机率。在空气净化方面，我们利用灯具内的负氧离子发生装置产生大量负氧离子模拟森林环境，释放负离子，吸附空气中的悬浮细菌及杂质下沉落地，达到所需空间净化空气功能。经广东省科学院微生物研究所检测，2 h内甲醛去除率43%、氨气去除率47.1%、硫化氢祛除率45.7%。在杀毒消菌方面，本公司在产品内加入UVC紫外线光谱技术模块，模拟自然太阳光的光谱成分，能达到杀菌消毒的作用，且对人体无伤害。经广东省科学院微生物研究所检测，2 h内对取样的白色葡萄球菌杀灭率为99.33%；2 h内对取样的甲型流感病毒H1N1杀灭率为99.97%；2 h内甲醛去除率43%、氨气去除率47.1%、硫化氢祛除率45.7%，图6是部分检测结果截图。

图6 部分检测结果截图Fig.6 Screenshot of some test results

5 总结

我国的“十三五”规划将第三代半导体材料和半导体照明纳入其中，提出要发展绿色环保产业。光健康的概念逐渐被越来越多的人接受。健康照明领域将在LED市场占据主导地位。同时尽管目前具有光负氧离子技术的灯具的研究和应用技术还处于初级阶段,但它仍将给我国照明产品和企业带来创新和突破。我们将结合光谱配方技术研究开发出一系列能够带有健康光源的护眼台灯、教室灯具、医疗灯等新型产品,达到健康与照明的结合，更好地把基于光负氧离子技术的健康照明理念推广。