空气负离子浓度仪

9月21日，湖南省气象局举办大气负离子观测站网建设听证会，为大气负离子观测网建设广泛征求社会公众意见。　　负离子常被人们称为“空气维生素”。世界卫生组织规定，清新空气的负离子标准浓度为每立方厘米空气中不低于1000至1500个。　　湖南省大气负离子观测站点从2011年开始第一期试点建设，目前已基本建成18个，到今年年底将建成共计29个，每个市州2个，另外省级1个。目前长沙市在岳麓山和暮云郊区建有两个观测站点，其中暮云郊区监测站点的大气负离子监测数据已在气象官方网站向社会公布。　　就大气负离子观测站网第二期建设，湖南省气象局举办听证会。听证会特邀请了省人民政府法制办公室和新闻媒体代表参加，并向社会广泛征集到了9位听证代表，其中有律师、教师、陪审员、个体经营户以及公司总经理等。　　参与听证的代表建议，监测站除了建在城市区和景区，也要在城郊结合部和工业园区建设，同时希望利用好监测数据，广泛向社会公布。　　在听证代表发言结束后，省气象局参会领导表示，将结合实际，对参会代表的意见进行认真汇总、整理、采纳，进一步对建设方案进行修改和完善，使其观测站网布局更科学。今后，在向社会公布大气负离子监测数据的同时，还将利用负离子与气象条件关系，开展负离子浓度气象条件预报，有效增加服务内容，满足我省社会发展和提高人民生活质量的需要。

p　　近日，桂林市又一大气负离子自动监测站建成并投入运行，这是桂林市第四个监测站。/pp　　那么，什么是大气负离子自动监测站?/pp　　大气负离子自动监测站，主要监测空气中的负离子浓度。空气中的负离子在医学界享有“维他氧”、“空气维生素”等美称，是衡量空气质量好坏的一个重要参数。随着时代的发展，公众对生活品质和身体健康的保障需求日益增加，大气负离子浓度观测也日益受到人们的重视。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201801/noimg/3e6705d5-f105-4738-8d5c-7767c003e00f.jpg" title="健康空气.jpg"//pp　　大气负离子浓度变化对于环境、生态、医疗等多学科方面应用的重要性和复杂性，建立起一个覆盖面广、代表性强的大气负离子浓度观测站网，准确而稳定的获取不同环境条件下的大气负离子浓度监测数据，进而开展不同时空尺度、下垫面、天气过程、季节负离子浓度分布特征研究，对从城市环境气象、生态气象、旅游气象、医疗气象等不同的角度去拓展气象应用服务水平均能起到关键性的作用。此外，开展大气负离子观测网建设，是公共气象服务的需要，也是提高人民生活质量的需要。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201801/noimg/288c2a1c-ee7a-46ec-b719-03282b3f9c3f.jpg" title="监测.jpg"//pp　　新投入运行的监测站位于猫儿山旅游景区内，监测站能够长期、自动、连续、全天候监测大气负离子浓度变化，并上传数据到自治区气象信息中心，便于利用气象条件与负离子浓度的关系，开展空气负离子浓度监测及气象条件预报，可进一步拓展生态旅游气象服务领域。/pp　　据悉，除了猫儿山的自动监测站外，其他三座分别位于龙胜温泉旅游度假区、阳朔县龙颈河上游漂流点、灵川县龙门瀑布景区。/p

前言2021年12月8日，南开大学化学学院硕士研究生赵玲玲打开质谱仪，开展日常的实验。当天的实验内容是在微液滴表面使用吡啶（Py）捕捉空气中的二氧化碳。然而在开始收集数据的第一时间，赵玲玲就观测到了质量为79的吡啶负离子的质谱峰。她的导师张新星研究员指着电脑屏幕上最强的那个峰道：“吡啶负离子在大气里是不可能生成的，这瓶吡啶肯定是坏了。”… … 一些小分子的负离子极不稳定本科普通化学原理和物理化学教科书均指出，像苯、吡啶这样的稳定分子，所有的成键轨道均被电子占满。若要得到它们的负离子，电子必须要填入能量极高的最低未占据轨道（LUMO），即π*反键轨道。然而这个过程需要吸收很大的能量，从而使得这些分子的电子亲和能（得到电子的能力）是很大的负值（如图1所示）。即使在极低温、高真空的环境中，科学家们此前也只通过电子照射吡啶蒸汽的方式观测到瞬态存在的吡啶负离子（Py-），并且估算了它的寿命和分子发生一次振动所需要的时间数量级相仿，即瞬间的10飞秒（1秒的一百万亿分之一）。因此在大气或水中制备吡啶负离子，违反了此前教科书中的基本常识。图1：典型分子轨道能级图吡啶负离子在微液滴表面的生成使用十分简单的氮气喷雾和质谱检测的方法，南开大学张新星团队的硕士研究生赵玲玲在大气中生成了含有吡啶的微小水滴，并在质谱中观测到了极强的Py-信号（图2）。由于这个结果十分惊人，张新星起初并不相信这些信号是真实的。然而在赵玲玲上百次的尝试之后，信号仍然存在。因此，张新星致电了斯坦福大学的美国科学院院士Richard Zare教授。Zare团队的博士后学者宋肖炜博士很快地就重复出了实验。宋博士说，在重复出实验的那一刻，“已经80多岁的Zare，开心地像个孩子”。 张新星指出，根据实验室质谱仪检测离子所需要的最短时间， Py-负离子的寿命至少高达50毫秒，比之前人们认为的10飞秒提高了一万亿倍。为了进一步证明Py-的存在，赵玲玲还使用二氧化碳捕捉到了Py-，并生成了产物(Py-CO2)-。为了避免是空气中的微量污染物促成了Py-负离子的生成，张新星课题组还搭建了一套进样口在手套箱中的质谱装置，仍然得到了极高的Py-负离子信号，证明了该反应是微液滴表面自发进行的过程。图2：A，简单的氮气喷雾产生微液滴的装置。B，吡啶负离子的质谱峰。C，吡啶负离子绝对信号强度随着浓度的变化。D，吡啶负离子生成效率随着浓度的变化。E，吡啶负离子的信号强度随着载气气压（液滴大小）的变化。F，吡啶负离子的信号强度随着温度的变化。神奇的微液滴化学近几年来，斯坦福大学的Richard Zare教授和普渡大学的Graham Cooks教授发现很多原本在水溶液中难以进行的化学反应，在通过气体喷雾或者超声雾化产生的微小水滴中（如图3中我们日常所用的加湿器产生的水雾）可以自发发生，甚至可以被加速到原本的一百万倍。而且水滴的尺寸越小，这些现象越明显。Zare认为，微液滴的表面自然带有高达109 V/m的电场。相比之下，在空气中生成闪电的击穿电压仅有106 V/m。微液滴表面的电场是如此庞大，甚至可以撕裂水中的氢氧根（OH-），生成一个自由电子和一个羟基自由基（OH）。自由电子具有极高的还原性，而OH具有极高的氧化性，这看似完全矛盾的两个性质居然同时存在，使得微液滴成为了神奇的矛盾统一体（unity of opposites）。加州大学伯克利分校的Teresa Head-Gordon教授在近期发表的论文中，也从理论上证实了微液滴表面极高电场的存在。张新星和Zare认为，该实验是微液滴表面自发生成的电子还原了吡啶生成了Py-。Zare同时也猜测，吡啶分子的振动激发态很有可能也帮助了其负离子的生成。此外，如果微液滴表面的OH-真的可以被撕裂生成一个自由电子和一个羟基自由基，那么这个羟基自由基就可能进一步氧化吡啶。赵玲玲通过改变质谱极性，也确实观测到了这些氧化产物，为微液滴“神奇的矛盾统一体”提供了进一步坚实的证据。图3：家庭中常见的产生微液滴的加湿器深远影响在记者的采访中，张新星表示，化学是一门创造新物质的科学，基于教科书常见的原理，很多时候化学家们在合成出某个物质之前，就可以根据现有的、被广泛接受的物理化学和量子力学原理，以及分析装置自身可以测量的时间和空间尺度的极限去预测这个化合物是否可以存在，可以存在多久，以及即使存在但能否可以被科学家们观测到。然而，这些预测真的靠谱吗？教科书写的金科玉律就一定正确吗？原本认为即使在真空绝对零度也只能短暂存在的吡啶负离子，被发现在大气中的水滴上就可以生成，这个例子告诉我们，充分理解现存科学，但是又敢于质疑现存的科学，是推动科学认知边界的有力途径。Sprayed Water Microdroplets Containing Dissolved Pyridine Spontaneously Generate the Unstable Pyridyl Radical Anion 作者：赵玲玲, 宋肖炜, 宫矗, 张冬梅, 王瑞靖, Richard N. Zare, 张新星, PNAS, 2022, 119, e2200991119（点击了解论文）