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Die im Respirationstrakt aufgenommenen Luftionen üben offensichtlich auf das Wohlbefinden des Menschen eine positive Wirkung aus, über die aber in der gängigen medizinischen Literatur zum Teil widersprüchliche Ansichten geäussert werden. Eine der entscheidendsten Ursache, die zu widersprüchlichen Messresultaten führt, ist die Tatsache, dass nur Ionen mit einem ganz bestimmten
Beweglichkeitsbereich d. h. Ladungs-zu-Masse-Verhältnis lungengängig sind und dass mit grosser
Wahrscheinlichkeit verschiedene Beweglichkeiten verschiedene physiologische Wirkungen zugeordnet werden können.
Es wird vorgeschlagen, mittels einer neuen physikalischen Anordnung das Luftionen-Beweg- lichkeitsspektrum so genau messbar zu machen, dass an Hand von Vergleichen verschiedener Luft- und Klimakurorte eine Definition eines entsprechenden Klimaparameters möglich wird. Mit Hilfe dieses Klimaparameters soll einerseits die Luft in Ballungszentren und klimatisierten bzw. nicht klimatisierten Won- un Arbeitsräumen klassifiziert und anderseits bei medizinisch-physiologischen
Messungen ein eindeutiges Ergebnis erzielt werden.
Zur Frage der biologischen und eventuell therapeutischen Wirkungen der Luftionisation exi- stieren eine grosse Anzahl von Untersuchungen mit zum Teil völlig widersprüchlichen Ergebnissen.
Die wesentlichsten diesbezüglichen Aussagen lauten : a) Luftionisation hat keinerlei Einfluss auf physiologische Parameter. b) Luftionen haben unabhängig von ihrer Ladung eine biopositive Wirkung. Dies soll vor allem die Klein- und Mittelionen betreffen. c) Überwiegen von negativen Ionen hat einen günstigen Einfluss auf physiologische Funktionen, der auch therapeutisch, vor allem bei Erkrankungen des Respirationstraktes ausgenutzt werden kann. d) Überwiegen von positiven Ionen in der Umgebungsluft hat einen günstigen Einfluss auf Organfunktionen.
Untersucht man die heute schon beachtliche Zahl der einschlägigen medizinischen Publikationen zu dem Thema Luftionen, so fällt die Tatsache auf, dass über die Qualität der Luftionen, d. h. die Grösse ihrer Ladung und Masse praktisch keine Angaben gemacht werden, obwohl schon in dem Lehrbuch von ISRAEL/I/eindeutige Hinweise auf die Bedeutung des Ionenwachstums bei aerosolhaltiger Luft gemacht werden. Dieses Wachstum besteht in der Anlagerung der hydratisierten negativen und positiven Ionen an Aerosole.
Dabei ist zu beachten, dass die Anlagerungsgeschwindigkeit sowohl von der Luftfeuchte (durch eine verschieden hohe Hydratisierung) als auch von der Konzentration und dem Massenspektrum des Aerosols abhängig ist.
Die Grössenverteilung von geladenen, luftgetragenen Teilchen, kurz das Luftionenspektrum, umfasst etwa vier Grössenordnungen. Historisch unterscheidet man Kleinionen, kleine und grosse Mittelionen, Langevinionen und Ultragrossionen.
Die Kleinionen bestehen aus nur wenigen Molekülen, die um ein negativ oder positiv ionisiertes, zentrales Atom oder Molekül gelagert sind. Die Radien dieser sogenannten Molekülkluster liegen zwischen 10-10 und 10-9 m.
Mittel-, Langevin- und Ultragrossionen sind geladene Aerosolteilchen, die sich nur durch ihre Grösse und dementsprechend auch durch ihre Beweglichkeit in einem elektrischen Feld unterscheiden. So haben z. B. Ultragrossionen Radien zwischen 10-7 und 10- m.
Jedes Ionensystem ist einer Dynamik unterworfen, da bei der atmosphärischen Ionisation primär Kleinionen gebildet werden, die dann durch Anlagerung an Aerosolteilchen zu grösseren, biologisch wirksamen Ionen "anwachsen". Dieser Vorgang unterliegt ausserordentlich starken örtlichen und zeitlichen Schwankungen. Dies zeigt sich in entsprechenden Änderungen der Ionenkonzentration und der Beweglichkeitsspektren.
Mit den im Handel erhältlichen Ionenmessgeräten können praktisch nur Kleinionen erfasst werden, da sie in einem elektrischen Feld eine entsprechend hohe Beweglichkeit haben. Die Mittelionen, die als die biologisch wirksamsten gelten, lassen sich ebenso wie die Langevin- und die Ultragrossionen mit solchen Messgeräten nicht messen.
Bei ISRAEL/I/werden zwar Aspirationsionometer beschrieben, die durch unterschiedliche Spannung an dem Kollektor eine Rückrechnung auf das Ionenspektrum erlauben, aber die Auflösung
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gestattet nur die Wahl von drei oder vier Grössenbereichen für einen Beweglichkeitsbereich von vier Grössenordnungen, so dass an eine Auflösung von lungengängigen Ionen nicht gedacht werden kann.
Handelsübliche Ionenmessgeräte arbeiten nach dem Prinzip des Aspirationselektrometers, d. h. es wird Luft angesaugt und die darin enthaltenen Ionen mit einer Hilfsspannung an eine Kollektorelektrode gesaugt, die am Eingang eines empfindlichen Gleichstromverstärkers liegt.
Leider können Ionen nach ihrer Anlagerung an Schwebeteilchen mit diesen Messgeräten nicht mehr nachgewiesen werden, da ihre Beweglichkeit im elektrischen Feld zu klein ist. Ionen, die in ihrer Grösse etwa zwischen den Klein- und Mittelionen liegen, also mit Durchmessern um 10- m haben Beweglichkeiten um 0, 001 cm'/V. s wofür bereits Sammelspannungen um einige 1000 V vonnöten wären. Spannungen dieser Art vertragen sich aber nicht mit hochempfindlichen Gleichstromverstärkern, da einerseits Leckströme die Messungen unmöglich machen, anderseits Überschläge bei zu hoher Luftfeuchte den Eingangsteil der Verstärker ruinieren würden.
Aus diesen und andern Gründen wurden jedenfalls bis jetzt keine Messgeräte für mittelschwere Ionen angeboten.
Die Erfindung gibt eine Möglichkeit an, durch eine grundlegend andere Nachweismöglichkeit für mittelschwere und schwere Ionen nicht nur die Messung technisch leicht durchzuführen, sondern auch die Messung eines Spektrums im Sinne eines Beweglichkeitsspektrums zu ermöglichen.
Erfindungsgemäss werden dabei die Ladungsträger durch eine besonders hohe Feldstärke von den neutralen Molekülclustern getrennt und anschliessend durch Stossionisation am Zähldraht nachgewiesen.
Die Vorgangsweise zum Nachweis des Beweglichkeitsspektrums wird erfindungsgemäss an Hand der einzigen Zeichnung beschrieben.
Die Luft wird in laminarer Strömung durch abwechselnd geerdete und auf Hochspannung lie-
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mit den Ionen in dem Strömungskanal --3-- laminar vorwärts. Auf einer Seite des Kanals sind unter Hochspannung stehende Drähte -4-- angebracht und aus Gründen der Platzersparnis durch eine Hochspannungselektrode-5-gegen die Wand --3-- so abgeschirmt, dass das Potential um die Drähte-4-symmetrisch verläuft. Die Leitbleche --6-- am Ende der Messkammer dienen nur dazu, die Strömung laminar zu halten. Unter dem Einfluss des durch die Hochspannungsdrähte - erzeugten quasihomogenen Feldes beginnen die Ionen je nach ihrer Beweglichkeit zu den Drähten zu driften --7--.
An den Drähten wächst in unmittelbarer Umgebung das Potential so weit an, dass die Ionen sich vom Aerosol losreissen und durch Stossionisation an Zähldraht leicht messbare Strom- bzw. Spannungsimpulse liefern. Daher ergibt die Anzahl der an dem jeweiligen Draht gemessenen Impulse, aufgetragen über der Drahtnummer bereits ein der Beweglichkeit reziprok zuordenbares Spektrum der Ionen.
Liegen die Zähldrähte parallel zur Strömungsrichtung, so nimmt man die Impulse oder den Strom an beiden Drahtenden ab und bekommt aus der unterschiedlichen Laufzeit der Impulse die Stelle des Auftreffens des Ionen und bei Verwendung eines Widerstanddrahts aus der unterschiedlichen Signalhöhe ebenfalls den Ort am Draht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Messung des Beweglichkeitsspektrums von an Staubteilchen angelagerte Ionen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionen enthaltende Luft durch einen Strömungskanal geleitet wird, in dem sich ein homogenes elektrisches Feld normal zu der Strömungsrichtung befindet und an einer der Wände oder vorzugsweise auf beiden Wänden (3), auf die die Feldlinien normal stehen, eine Vielzahl von an sich bekannten Zähldrähten (4) normal zu der Strömungsrichtung gespannt sind.