Un ionizador es un dispositivo para ionizar un gas o líquido. Se utilizan en sistemas de ventilación para purificar el aire y supuestamente suprimir la actividad bacteriana [1] .
Al purificar el aire, el efecto de los ionizadores no supera el efecto de los filtros HEPA convencionales [2] , y el efecto antiviral no tiene un efecto antiepidémico, ya que los virus, por regla general, se propagan como parte de gotitas líquidas, que los iones no tienen suficiente efecto sobre [3] . Se ha demostrado que el supuesto efecto positivo del aire o el agua ionizados en la salud humana se encuentra en un nivel cercano al del placebo [4] .
La ionización atmosférica fue descubierta por J. Elster y G. Geitel en 1899. [5] La posibilidad de la presencia de iones en un gas o líquido puede demostrarse claramente en una cámara de niebla . [6] El uso de iones para el análisis espectral de masas de la materia es un método de investigación importante, incluido el médico, y el descubrimiento de la posibilidad de ionización láser en 1987 fue galardonado con el Premio Nobel en 2002 . Sobre la base de la suposición del efecto positivo de los iones en la salud y el bienestar humanos, en particular, expresado por A. Sokolov en 1903, [5] algunos científicos e ingenieros intentaron crear dispositivos comerciales para la ionización. En la URSS, antes de la guerra, un talentoso inventor autodidacta A. L. Chizhevsky participó en tales desarrollos , sin embargo, los resultados de su investigación científica fueron reconocidos como falsificados . En 1967, S. A. Lowes fundó una empresa en el Reino Unido con fondos propios para la producción de ionizadores de aire comerciales, que se promovieron, incluso para uso doméstico. [7]
Los ionizadores funcionan a partir de una fuente de radiación ionizante (por ejemplo, isótopos ultravioleta o radiactivos ) o de alto voltaje (varios miles de voltios) con una descarga de corona en los electrodos. En este último caso se utilizan electrodos ionizantes y fuentes de alimentación de alta tensión, dispositivos de automatización y seguridad. Los electrodos ionizantes son de dos tipos: de aguja (en punta) y de alambre. El flujo de iones suele alcanzar 1 µA, lo que corresponde a varios miles de millones de iones por segundo. Las descargas de arco y chispas no se utilizan para la ionización del aire, ya que el ozono y los óxidos de nitrógeno se forman junto con los iones de oxígeno en el aire. [5]
Se crearon una gran cantidad de ionizadores de aire de varios tipos, estos incluyen [5] :
— ionizadores de aire termoiónicos de F. G. Portnov y D. L. Vilchevsky, Ya. Yu. Reinet et al., V. I. Grachev y A. K. Tuman; - ionizadores de aire de radioisótopos de A. B. Verigo y V. A. Poderni, Ts. I. Steinbock, "Sigma"; - ionizadores de aire radiactivos del Instituto de Investigación Nuclear de la Academia de Ciencias de la República Socialista Soviética de Ucrania "IVA 1" y "IVA 2"; - ionizadores de aire fotoeléctricos de Ya. Yu. Reinet y A. K. Tuman; - ionizadores de aire hidrodinámicos (hidroaeroionizadores) de A. A. Mikulin , E. A. Chernyavsky, D. K. Pislegin y otros; - ionizadores de aire corona (efluviales) de D. P. Sokolov, A. L. Chizhevsky, AIR-2, Riga, Ryazan-101, EFA, Zovuni, Aina, Electronics.Los ionizadores se dividen en dos tipos, según los tipos de iones que puedan generar: ionizadores unipolares: producen solo iones cargados negativamente N 2 - y O 2 - ; [8] ionizadores bipolares: producen iones H + y O 2 - cargados negativa y positivamente [3] o los llamados ionizadores de racimo de plasma que producen simultáneamente H + e iones de hidróxido HO - [3] .
Los ionizadores de aire ultravioleta con varias fuentes de luz ultravioleta produjeron una cantidad excepcionalmente grande de ozono y óxidos de nitrógeno. A los pocos minutos de encender la lámpara de cuarzo, la cantidad de gases nocivos en el aire supera el valor permisible en decenas y cientos de veces. Los ionizadores ultravioleta no son adecuados para experimentos fisiológicos.
La radiación ultravioleta, la radiación alfa, beta, gamma, los rayos X también reproducen iones. Los emisores ultravioleta se utilizaron en instituciones médicas para la desinfección. Hasta la fecha, se utilizan para purificar el agua potable, curar barnices, resinas y polímeros, pero aquí el efecto principal no lo producen los iones, sino los fotones de alta energía que destruyen las moléculas de la sustancia irradiada y producen el efecto de destruir el capa superficial.
Los llamados hidroionizadores son generadores de polvo de agua cargado electrostáticamente. En la URSS, los "aeroionizadores" hidrodinámicos del tipo "Comfort" ( A. A. Mikulina ), que producían una gran cantidad de iones de agua (pero, en términos generales, no conducían a la ionización del oxígeno en el aire), usando agua destilada, encontraron aplicación amplia. Se aplican para la creación de los electroaerosoles medicamentosos y la dispersión fina del líquido.
Los ionizadores de este tipo están equipados con electrodos puntiagudos que, mediante descarga de corona y emisión electrostática , forman iones en las inmediaciones de los electrodos. Estos dispositivos son de dos tipos:
Ambos tipos de ionizadores se utilizan tanto para obtener una determinada carga, como para desviar o evitar cargas electrostáticas no deseadas . Para poder colocar los ionizadores a la mayor distancia posible de la superficie descargada (cargada) (hasta 2 m), están equipados con sopladores (externos o incorporados), de esta manera, el aire ionizado y con él la carga eléctrica, se suministra al lugar deseado (por ejemplo, en imprentas) [9] . Los ionizadores de corona a menudo se fabrican en forma de rieles de peine; son alimentados por fuentes de CA o CC. Cuando se conecta a CA, todas las puntas de peine están conectadas; en corriente continua, se aplican voltajes de diferentes signos a puntas adyacentes.
Las fotocopiadoras y las impresoras láser usan ionizadores de CC (la corriente alterna pasa a través de los rectificadores); en ellos, los ionizadores se usan para la carga electrostática sin contacto del eje de la foto .
Araña ChizhevskyEl biofísico soviético A. L. Chizhevsky intentó investigar experimentalmente los efectos fisiológicos de los iones positivos y negativos del aire en los organismos vivos y aplicó la ionización artificial del aire. [10] Los iones atmosféricos fueron llamados por A. L. Chizhevsky iones de aire , el proceso de su aparición - ionización del aire , saturación artificial del aire interior con ellos - ionificación del aire , tratamiento con ellos - terapia de iones de aire . Posteriormente, Chizhevsky creó un dispositivo electrónico: un ionizador de aire, que aumenta la concentración de iones de aire de oxígeno negativos en el aire. En 1931, A. L. Chizhevsky propuso el diseño de una araña electrofluvial como generador de iones de aire. Actualmente, en honor al inventor, este dispositivo se llama "candelabro Chizhevsky" (en diseño, el dispositivo se asemeja a un candelabro y está diseñado para colgarse en el techo).
Su esquema básico es relativamente simple. El cuerpo de trabajo es un candelabro electrofluvial (del griego "efluvius" - expiro) conectado a una fuente de alto voltaje de polaridad negativa. El candelabro es un borde de metal ligero sobre el que se estira un alambre a lo largo de dos ejes perpendiculares. Forma parte de la esfera, una rejilla que sobresale hacia abajo. Las agujas están soldadas en los nodos de malla (hasta 50 mm de largo y hasta 1 mm de espesor). El grado de su afilado debe ser máximo, ya que aumenta la salida de corriente de la punta y disminuye la posibilidad de formación de ozono. Para una generación efectiva de iones de aire, el voltaje suministrado de polaridad negativa debe ser de al menos 25 kV. Para garantizar la seguridad, la corriente en la lámpara de araña debe ser inferior a 0,03 mA (en la salida, se coloca una resistencia limitadora de 1 GΩ delante de la lámpara de araña).
Chizhevsky creía que “para crear iones ligeros de oxígeno en el aire que tengan un efecto beneficioso en las personas y purifiquen el aire de los locales habitados, en ningún caso se pueden usar numerosos ionizadores ofrecidos por diferentes inventores. Para estos fines, los hidroiones son completamente inadecuados, así como los iones obtenidos como resultado de la acción de radiaciones radiactivas o ionizantes peligrosas para la salud en las moléculas del aire. A. L. Chizhevsky realizó experimentos médicos, veterinarios y agrícolas con un candelabro electrofluvial. Estos estudios fueron criticados, incluso por A. Ioffe y B. Zavadovsky , por violar la metodología experimental y no fueron reconocidos por la ciencia oficial. [10] [11] Timiryazev llamó a la tesis de Chizhevsky una tontería. [12]
Los isótopos radiactivos (radionúclidos) se utilizan en los detectores de incendios por ionización para detectar iones de sustancias de absorción (humo, aerosoles ); mientras que la conductividad del aire se mide por ionización, la conductividad del aire aumenta en presencia de gases orgánicos, humos o aerosoles.
Secadores de cabello [13] , aspiradoras [14] , humidificadores de aire [15] , teclados [16] e incluso computadoras portátiles [17] con ionizadores incorporados que prometen tener un efecto antiestático están disponibles para la venta.
Activación de superficies dieléctricas que sirven como uno de los electrodos en el proceso de descarga corona, o en el proceso de ionización térmica, para aumentar la atracción y mejorar la adherencia. Después de dicho procesamiento, y para algunos polímeros solo después, se puede aplicar un recubrimiento a la superficie (laminación, pintura, imprimación, etc.)
La ionización del aire en los locales residenciales se lleva a cabo principalmente mediante ionizadores de aire bipolares, que se incluyen en el concepto de microclima interior. El argumento de los fabricantes de ionizadores de aire se reduce al hecho de que el aire natural puro contiene más iones negativos (en la naturaleza, especialmente en montañas, bosques, cerca de cascadas).
Purificación del aireEl polvo, el hollín, el humo, el polen de las plantas, las bacterias, los alérgenos y todas las partículas sólidas del aire se cargan bajo la influencia de un ionizador de aire y comienzan a desplazarse lentamente hacia el electrodo positivo, que son las paredes, el techo y el piso, donde se asientan. El aire interior se limpia, pero toda la contaminación deberá eliminarse de todos los objetos y estructuras circundantes, esto estropea la apariencia de las habitaciones y se considera una desventaja de los candelabros Chizhevsky. En particular, los ionizadores de Chizhevsky se utilizaron experimentalmente en 1956 en los institutos de investigación de los trabajadores de la industria del carbón en Karaganda [10] y en el metro de Moscú . [11] Por el contrario, los fabricantes dan el siguiente argumento: todo lo que se deposita en las paredes, el techo, el piso, los objetos, sin un ionizador de aire, está en el aire y una persona lo inhala. Sin embargo, la comunidad científica opina que el mismo resultado se puede lograr de otras formas más baratas y sencillas. [diez]
La ionización del aire inicia las reacciones de precipitación de los gases y aerosoles malolientes. Así, un recipiente lleno de humo de repente se vuelve completamente transparente si se introducen en él electrodos metálicos afilados conectados a una máquina eléctrica, y todas las partículas sólidas y líquidas se depositarán sobre los electrodos. La explicación del experimento es la siguiente: tan pronto como se enciende una descarga de corona entre los electrodos, el aire dentro del tubo se ioniza fuertemente. Los iones de aire cargan partículas de polvo. Las partículas de polvo cargadas se mueven bajo la acción del campo hacia los electrodos, donde se asientan.
De acuerdo con las normas sanitarias e higiénicas para niveles permisibles de ionización del aire (SanPiN 2.2.4.1294-2003 del 15 de junio de 2003), la concentración mínima permisible de iones en el aire de locales industriales y públicos debe ser de 400 iones positivos o 400 negativos por cm³ de aire. La concentración máxima se regula al nivel de 50.000 iones positivos o 50.000 negativos por cm³ de aire. En 1939, Chizhevsky propuso una dosis terapéutica de 10.000 - 10.000.000 de iones negativos por cm³ de aire con una exposición de 5 a 60 minutos. [5]
Tratamiento de aguasLos emisores ultravioleta se utilizan en la preparación de agua potable para purificar el agua de impurezas orgánicas y bacterias, pero esto no está directamente relacionado con la ionización.
Tratamiento del agua de la piscinaLa empresa estadounidense Clear Wagner Enviro Technologies ha desarrollado un sistema de tratamiento mineral que puede reducir significativamente el uso de productos químicos en la desinfección del agua de la piscina. El tratamiento mineral se basa en el principio de saturar el agua corriente con iones de cobre y plata, que tienen un efecto sobre las algas, los virus y las bacterias patógenas.
El sistema de limpieza consta de una unidad de control y un conjunto de electrodos fabricados en una aleación de cobre y plata y situados a poca distancia entre sí.
El agua pasa a través de una cámara de flujo con electrodos ubicados en ella. La unidad de control genera una tensión continua de bajo voltaje en los electrodos. La corriente eléctrica hace que los átomos en la superficie de los electrodos donen sus electrones y los convierta en iones cargados positivamente. Los iones transportados por el flujo de agua entran en la piscina, donde tiene lugar la depuración. La cantidad de iones que ingresan al agua se puede controlar según el nivel de ionización seleccionado. La inversión periódica de la polaridad del voltaje asegura un desgaste uniforme de los electrodos.
Los iones de cobre y plata que han caído al agua son químicamente activos y, por lo tanto, destruyen los microorganismos vivos que se encuentran allí. El cobre mata las algas, mientras que la plata mata los virus y las bacterias, proporcionando una limpieza duradera y no tóxica y evitando la reinfestación. Los iones permanecen en el agua hasta que precipitan o entran en compuestos insolubles con algas y bacterias, que luego se depositan en los filtros. Un ionizador que inyecte iones continuamente repondrá sus pérdidas.
La ionización puede acelerar o, por el contrario, ralentizar los procesos de transferencia de masa. Así, si las sustancias en contacto se cargan de manera diferente, el proceso se acelera, mientras que, con la misma carga, se ralentiza. Este efecto ha encontrado una amplia aplicación, por ejemplo, en electrofotografía , purificación de productos de combustión a partir de partículas de hollín, para intensificar el proceso de ahumado, etc.