Odkryte już ponad 100 lat temu jony ujemne występujące w powietrzu mają zauważalny wpływ na zdrowie i samopoczucie ludzi oraz zwierząt, jak również na rozwój roślin. Badania dowodzą m.in., iż jonizacja może mieć pozytywny wpływ na osoby cierpiące z powodu alergii na pleśnie, grzyby czy kurz. Czy może być ona skuteczna również w neutralizacji cząstek pyłów zawieszonych (PM1 czy PM2,5)? Jak działa jonizacja powietrza w oczyszczaczach i co warto o niej wiedzieć?

Na czym polega jonizacja powietrza?

Aby zrozumieć lepiej na czym polega zjawisko jonizacji, warto zacząć od wyjaśnienia czym tak naprawdę jest jon.

Jon jest atomem (lub grupą atomów), naładowanym dodatnio lub ujemnie, poszukującym w swoim otoczeniu cząstki o przeciwnym ładunku.

Zazwyczaj atomy lub cząsteczki posiadają taką samą ilość protonów oraz elektronów, wobec czego są obojętne elektrycznie.

Istnieją też jednak atomy, w których liczba protonów jest mniejsza od liczby elektronów. Nazywamy je jonami ujemnymi lub anionami. Jak również te, gdzie liczba protonów jest większa od liczby elektronów. One z kolei nazywane są jonami dodatnimi lub kationami.

Jonizacja jest to zjawisko powstawania jonu (kationu lub anionu) z obojętnego atomu lub cząsteczki.

W środowisku naturalnym zjonizowane powietrze występuje np. w okolicach wodospadów, w lasach czy po burzy. Charakterystyczne rześkie powietrze to efekt rozrywania cząsteczek wody, których samotne kationy wodoru i aniony tlenu krążą w powietrzu, dążąc do przyłączenia się do cząsteczki wody.

Koncentracja jonów ujemnych w cm³ w poszczególnych miejscach wygląda następująco:
– wodospad: 95 000 – 450 000
– góry, wybrzeża, lasy: 50 000 – 100 000
– miasta: 100 – 2 000
– biura, pomieszczenia bytowe: 40-100

Proces określany jako efekt Lenarda sprawia, iż podczas rozrywania się kropelek wody mniejsze z rozerwanych części zostają naładowane ujemnie, a większe dodatnio.

Mniejsze kropelki dyfundują (rozprzestrzeniają się i przenikają) na większą odległość, tworząc przestrzenną przewagę ładunku ujemnego. Jak to ma się do naszego samopoczucia i zdrowia?

Jonizacja w oczyszczaczach powietrza

Obecnie na rynku spotkać można wielu producentów oczyszczaczy, umieszczających jonizator w swoich urządzeniach.

Do najpopularniejszych należy z pewnością Sharp, który opatentował technologię Plasmacluster. Oprócz Sharpa, jest też Winix ze swoim systemem PlasmaWave, Panasonic wykorzystujący technologię Nanoe i wielu innych producentów.

Przykładowe oczyszczacze powietrza z jonizacją:

Oczyszczacze powietrza Klarta np. Klarta Forste 3 (recenzja)

Oczyszczacze powietrza Sharp z technologią Plasmacluster w np. Sharp KC-D40EUW (recenzja)

Oczyszczacze powietrza Winix z PlasmaWave, np. Winix Zero (recenzja)

Oczyszczacze powietrza Panasonic z technologią Nanoe, np. Panasonic F-VXR50-G (recenzja)

Czemu służy jonizacja w oczyszczaczach powietrza i jak działa?

W przeszłości wiele urządzeń wykorzystywało tzw. jonizację ostrzową. Jonizatory ostrzowe wytwarzają jony ujemne dzięki wyładowaniu koronowemu.

Ich struktura różni się od tych wytwarzanych w przyrodzie, między innymi ze względu na niewielką obecność ozonu i tlenków azotu. Metoda ta pozwala wytworzyć bardzo dużo jonów ujemnych w krótkim czasie. Z drugiej strony jednak emitowane jony należą do tzw. jonów lekkich (patrz. w/w efekt Lenarda).

Ich “żywotność” jest krótkotrwała, albowiem szybko rozładowują się na pierwszej napotkanej przeszkodzie (firanki, meble, sprzęt elektroniczny). Za minus takiego rozwiązania uznawano w przeszłości nadmiar ozonu, który powstaje przy tworzeniu anionów tlenu.

Współczesne jonizatory zdają się ten problem rozwiązywać, będąc bezpiecznymi dla użytkownika.

Nieco inaczej wygląda jonizacja plazmowa (inaczej termoemisyjna). Jonizatory termoemisyjne działają znacznie wolniej, generując jony ujemne dzięki elektronom tworzącym się na rozgrzanym metalu. W ten sposób powstają jony ciężkie (o niskiej energii), które wydostają się na zewnątrz przy udziale mikrocząsteczek wody, co sprawia, że są dużo trwalsze.

Wytwarzane w procesie termoemisji jony podobne są do tych, występujących w naturze, w szczególności nad morzem czy w lasach. W przeciwieństwie do jonów lekkich, jony ciężkie są w stanie przeniknąć do pęcherzyków płucnych albowiem nie rozbijają się przy kontakcie ze ściankami górnych dróg oddechowych.

Metodę jonizacji termoemisyjnej wykorzystuje m.in. Sharp, który w swojej technologii Plasmacluster emituje jony ujemne tlenu i dodatnie wodoru, które dążą do połączenia się, tworząc silnie reaktywne rodniki hydroksylowe (grupa OH). Przylegając do powierzchni cząsteczek roztoczy, pleśni, grzybów czy drobnoustrojów, „wyciągają” z nich wodór potrzebny do stworzenia cząsteczki wody i rozbijają w ten sposób szkodliwe substancje.

Jonizator powietrza a alergia

Jednym z często powtarzanych argumentów podawanych przez zwolenników jonizacji jest jej przydatność w zwalczaniu alergenów.

Istotnie, uwalniane do otoczenia jony krążą w powietrzu, osiadając na napotkanych substancjach szkodliwych i opadając z nimi na powierzchnię ścian, podłóg czy mebli.

Dzięki temu pyłki, drobnoustroje czy roztocza kurzu domowego stają się łatwiejsze do usunięcia podczas codziennego czyszczenia. Aby jednak przybliżyć bardziej skuteczność działania tego procesu, warto przytoczyć wyniki badań opublikowanych w 2012 roku na łamach Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine

W badaniu tym wykorzystano termoemisyjny jonizator plazmowy (jaki można spotkać się w wielu sprzedawanych obecnie urządzeniach). Sprawdzono jak jonizator ten poradzi sobie z dwoma popularnymi roztoczami kurzu (Dermatophagoides pteronyssinus i Dermatophagoides farinae) )w różnych odstępach czasu (6, 16 i 24 godziny). Zbadano również jak środowisko pracy jonizatora (bezpośrednia ekspozycja na roztocza vs. roztocza ukryte w materacu) wpłynie na jego skuteczność.

Badania potwierdziły spadek ilości roztoczy w otoczeniu, pokazując jednocześnie większą śmiertelność roztoczy przy dłuższym działaniu jonizatora. W przypadku D.pteronyssinus śmiertelność wynosiła ok. 38 % po 6 h działania jonizatora oraz 82 % po 24 h pracy urządzenia. Dla D.farinae wartości te wynosiły odpowiednio 13 i 70 %.

Jednocześnie zaobserwowano również spadek skuteczności jonizacji w przypadku roztoczy ukrytych w materacu. Zadowalające wyniki (ok. 72 % dla D.farinae i 29% dla D.pteronyssinus) zaobserwowano dopiero po upływie 72 h. Powyższe badania potwierdzają więc, iż jonizacja neutralizuje roztocza, jednocześnie poddając nieco w wątpliwość skuteczność tej metody. Zadowalającą skuteczność jonizator przejawia bowiem wobec tych cząstek roztoczy, które unoszą się w powietrzu.

Choć wyników powyższych badań nie można przekładać bezpośrednio na inne rodzaje alergenów (pyłki roślin czy naskórek zwierzęcy), jedna z obserwacji zdaje się być uniwersalna: jonizacja oddziałuje dobrze na cząsteczki zanieczyszczeń krążące w powietrzu.

W przypadku cząsteczek ukrytych w tapicerkach, materacach czy zasłonach jej skuteczność może być niższa. Dlatego też warto mieć również urządzenie, które wymusi cyrkulację powietrza w pomieszczeniu, np. oczyszczacz powietrza. W artykule “Oczyszczacz powietrza dla alergików” wyjaśniamy szerzej jak wybrać taki oczyszczacz.

Jonizator powietrza czy oczyszczacz powietrza z jonizatorem?

Jak wspomnieliśmy już wyżej, uwalniane przez jonizator jony unieszkodliwiają wiele zanieczyszczeń. Jednak ich skuteczność w warunkach codziennego użytku nie jest zbyt wysoka. O ile poradzą sobie całkiem nieźle z substancjami krążącymi w powietrzu, o tyle w przypadku zanieczyszczeń ukrytych w różnych powierzchniach, ich skuteczność wyraźnie spada.

Czas pracy jonizatora potrzebny do osiągnięcia zadowalającego nas efektu jest również bardzo długi (kilkanaście do kilkudziesięciu godzin). Dlatego też w tym momencie przydaje się oczyszczacz powietrza, który wymusi cyrkulacje powietrza w pomieszczeniu. Ta potrafi oderwać zanieczyszczenia, które osiadły już na powierzchniach, kierując je w stronę urządzenia i oczyszczając pokój.

Skuteczność jonizacji jest też nieporównywalnie większa w przypadku cyrkulacji niż bez niej. Widać to szczególnie dobrze na przykładzie badań skuteczności jonizacji w neutralizacji cząstek aerozoli.

Jonizacja w oczyszczaczach powietrza może więc dobrze wspomagać główne metody filtracji powietrza z zanieczyszczeń. Poleganie jednak wyłącznie na jonizacji nie przyniesie oczekiwanych efektów, albowiem skuteczność urządzeń elektrostatycznych w oczyszczaniu nie jest zbyt duża. Największą wartość ma tutaj odpowiednia cyrkulacja powietrza oraz właściwy zestaw filtrów (HEPA oraz węglowy).

Jonizator powietrza nie jest np. stworzony do usuwania gazów (lotnych związków organicznych czy nieprzyjemnych zapachów). Poradzi sobie z nimi, ale generowane koszty (pobór prądu, skutki uboczne) sprawiają, iż inne metody np. filtr węglowy są znacznie korzystniejszym wyborem.

Dla przykładu, jonizacja plazmowa wprawdzie może pochwalić się wysoką skutecznością w neutralizacji gazów, jednak ze względu na duże koszty, metoda ta nie jest opłacalna w użytku domowym. Podobnie sprawa wygląda z jonizatorami wykorzystującymi plazmę tzw. nietermiczną, w przypadku której duży pobór prądu oraz wytwarzane produkty uboczne (aldehydy, kwasy, alkohole) przekreślają szansę na korzystanie z tej metody.

Potwierdzono to w badaniu z 2017 roku, analizującym działanie jonizacji w kontekście emisji lotnych związków organicznych. Naukowcy sprawdzili również skuteczność w/w metody wyładowań koronowych. W przypadku neutralizacji toluenu i limonenu była ona obiecująca (odpowiednio 74 i 81 %). W badaniu wykorzystano jednak hybrydowy reaktor koronowy, a do oksydacji w/w substancji i przekształcaniu ich w nieszkodliwe związki używano ozonu.

Należy również pamiętać, iż wszystkie te badania przeprowadzano w ściśle przygotowanych warunkach laboratoryjnych. Istotne mogą być jednak ogólne wnioski z badania, które podkreślają iż wraz z rozwojem nano i biotechnologii, możemy spodziewać się doskonalszych i tańszych jonizatorów, które dostępne będą na szeroką skalę.

Czy jonizacja jest szkodliwa? 

Jednym z najczęstszych argumentów przeciwników jonizatorów powietrza jest efekt uboczny ich działania, jakim jest wytwarzanie się ozonu (O₃). O ile urządzenia starej generacji mogły generować niebezpieczne ilości ozonu, o tyle lata badań sprawiły, iż proces ten został znacznie udoskonalony.

Obecne modele jonizatorów generują znikome ilości ozonu. Producenci oczyszczaczy deklarują zaś, iz przy nieprzerwanej, 8-10 godzinnej pracy urządzenia, ilość ozonu w pomieszczeniu nie przekracza 0,05 ppm.

Oddziaływanie ozonu na żywe organizmy:

Źródło: http://www.ozonizer.pl/centrum-wiedzy/ozonatory/zasady-bezpieczenstwa/

Wpływ jonów na organizmy 

O wpływie jonów na zdrowie i samopoczucie ludzi pisał już w 1936 roku prof. Dr. Ludomił Korczyński w swoim „Zarysie Klimatologji Lekarskiej” (pisownia oryginalna).

W rozdziale zatytułowanym „Biodynamika jonów elektrycznych i naładowań atmosfery Siły” przeczytamy m.in., że „Bardzo wybitną różnicę można spostrzec już w torze oddechowym. Tuż po krótkim oddychaniu powietrzem, zjonizowanym ujemnie, nastaje znaczne zwolnienie ruchów oddechowych, po nieco dłuższym zjawiają się nawet krótkie pauzy oddechowe. Wprost przeciwny wpływ wywiera oddychanie powietrzem z jednostronnym dodatnim ładunkiem jonów.”

Ponadto zaobserwował również niedostatek tlenu u osób oddychających powietrzem naładowanym jonami dodatnimi. Prof. Korczyński na kolejnych stronach poświęconych ciśnieniu tętniczemu pisze tak: „Równie wyraźny wpływ, jak na oddychanie, wywiera różnie naładowane powietrze na parcie krwi w tętnicach. Już nawet u ludzi z zupełnie prawidłowymi naczyniami i z prawidłowym krążeniem sprowadza powietrze, zjonizowane ujemnie, spadek parcia, powietrze z przeciwnym znakiem elektrycznego”. Objawy te stają się zaś „bardziej dosadne” u hipertoników.

Obserwacje prof. Korczyńskiego można odnieść do dzisiejszych realiów. Wiele z nas prawdopodobnie zauważyło znużenie, spadek energii, złe samopoczucie czy niższą wydajność po dłuższym czasie przebywania wśród urządzeń elektronicznymi. Monitory, sprzęt AGD, drukarki, komputery, telewizory czy inne gadżety elektroniczne emitują bowiem jony dodatnie, zaburzając równowagę jonową w otoczeniu.

Historia badań nad jonizacją

Co ciekawe, temat jonizacji i jej wpływu na zdrowie i samopoczucie jest już zgłębiany od ponad 100 lat.

• Pierwsze badania dot. charakterystyki jonów w powietrzu i ich biologicznego oddziaływania na organizm ludzki pochodzą z 1931 roku, kiedy profesor Strassburger i Paweł Happel z Instytutu dla Fizykalnej Terapji i z Polikliniki Lekarskiej Uniwersytetu Frankfurckiego, zbadali grupę pacjentów cierpiących m.in. na hipertonię, nerwobóle, dychawicę, schorzenia reumatyczne, podagrę i inne. Poddając ich działaniu jonizacji zaobserwowano m.in. wzrost szybkości  tętna, zwiększenie ciśnienia krwi, ból oraz zawroty głowy w przypadku ekspozycji na jony dodatnie oraz zmniejszenie tych dolegliwości w przypadku jonów ujemnych.
• W serii badań w latach 50-tych Albert P. Kreuger z Uniwersytetu Kalifornijskiego udowodnił pozytywny wpływ jonów ujemnych na koncentrację, ostrość widzenia, wydolność płuc i kondycję. U roślin natomiast następował szybszy wzrost i większe plony.
• Kolejne badania pochodzą m.in. z roku 1966, kiedy to grupa naukowców przeprowadziła serię eksperymentów z jonami ujemnymi u dzieci w wieku od 10 do 12 miesięcy. Odkryli, że astma i jej ataki były wyleczone szybciej niż przy konwencjonalnych lekach. Liczba nawrotów była również niższa.
• W/w prof. Albert Paul Kreuger zaprezentował w  1969 roku również interesujący wpływ jonów ujemnych na produkcję neurohormonu serotoniny. Zaobserwował on, iż jony te mogą mieć działanie uspokajające i regulujące poziom serotoniny w organizmie. Jony dodatnie mogą zaś wywoływać napięcie, drażliwość oraz niepokój. Dało to podstawę do badań nt. wykorzystywania jonizacji w leczeniu depresji, jednak skutki tych badań obnażyły dość niską skuteczność takiej terapii.
• Polskim akcentem w historii badań nad jonizacją jest obecność chociażby S. Tyczki, który odkrył, że zdrowotny wpływ wodospadów to zasługa m.in.. ekstremalnego poziomu jonów ujemnych. 

• Ponadto naukowiec z Polski zauważył również, że ogrzewanie pomieszczeń ma wpływ na deficyt jonów, co z kolei może prowadzić do podatności na choroby układu oddechowego.
• Istotnym badaniem była próba na świnkach morskich przeprowadzona w 2014 roku przez Wydział Wirusologii Molekularnej Departamentu Medycyny Klinicznej i Eksperymentalnej Uniwersytetu Medycznego w Linköping (Szwecja). Z opublikowanych w 2015 roku wyników badań, wynika, iż  „aktywny jonizator zapobiegł 100% (4/4) infekcji u świnek morskich. Ponadto, urządzenie efektywnie pochłaniało przenoszone drogą powietrzną kaliciwirusy, rotawirusy oraz wirusy grypy przy stopniu [recovery rates] równym 21% po 40 minutach w po objętości 19 m3.” Zjonizowane powietrze i siły elektrostatyczne powodują przyciąganie nie tylko cząsteczek kurzu czy pyłków, ale także rozprzestrzenionych drogą kropelkową wirusów.
• Ponadto Dr Mirjam Levstik Bravničar rozwinęła temat zależności między jonizacją,  a objawami astmy i alergii. Zwiększenie stężenia jonów ujemnych może obniżyć zawartość histaminy w organizmie, zapobiegając wystąpieniu objawów lub łagodząc ich przebieg.

Należy przy tym wspomnieć, iż pozytywny wpływ jonizacji na rozwój, samopoczucie i zdrowie był przez lata mocno dyskusyjny. Pojawiło się wiele naukowych głosów (m.in. Kröling, Reiter i Martinac), które podważały optymistyczne wnioski wysuwane przez Kreugera czy Happela. Obecnie naukowcy przychylają się do poglądów, mówiących o dobrym wpływie równowagi jonowej na funkcjonowanie organizmu ludzkiego. Dlatego też jonizatory zaleca się np. w pomieszczeniach z dużą ilością elektroniki, która to generuje nadmiar jonów dodatnich.

Autor: Maciej Kluba

Bibliografia:

1. Korczyński, L. Zarys klimatologii lekarskiej. Część II. — Kraków 1936 Nakł. Pol. Tow. Balneologicznego
2. Abidin, S.Z., Ming, H.T., Effect of a commercial air ionizer on dust mites Dermatophagoides pteronyssinus and Dermatophagoides farinae (Acari: Pyroglyphidae) in the laboratory, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3609258/ 
3. Fakty i mity na temat jonizacji powietrza, https://www.sharpdirect.pl/artykuly/fakty-mity-na-temat-jonizacji-powietrza/index.html
4. Shiue, A., Hu, S.C., Tu, M.L., Particles Removal by Negative ionic Air Purifier in Cleanroom, https://aaqr.org/articles/aaqr-10-06-oa-0048.pdf
5. Adeloduin, A.A., Kim, K.H., Kumar, P., Kwon, E.E., Szulejko, J.E., Air ionization as a control technology for off-gas emissions of volatile organic compounds, https://www.researchgate.net/publication/315667892_Air_ionization_as_a_control_technology_for_off-gas_emissions_of_volatile_organic_compounds
6. Maçzyński, B., Tyczka, S., Marecki, B. et al. Effect of the presence of man on the air ion density in an office room. Int J Biometeorol 15, 11–21 (1971), https://www.researchgate.net/publication/18079379_Effect_of_the_presence_of_man_on_the_air_ion_density_in_an_office_room
7. Hagbom, M., Nordgren, J., Nybor,n R, Hedlund, K., Wigzell, H., Svensson, L. Zjonizowane powietrze wpływa na infekcyjność wirusa grypy i zapobiega jego przenoszeniu drogą powietrzną, https://oczyszczacze.pl/download/badania_lifeair/Badania_LifeAir_Nature_Wirusy.pdf

Obserwuj nas 🙂

Loading...

(5 oceniło, ocena: 4,60 na 5)