一、紫外线
(一)紫外线的物理特性
1.紫外线的能量：紫外线作为横向波在空间传播,其传播速度(c)是每秒振动的频率(f)和波长(入)的乘积,公式:c=f。释放的能量以光量子的方式表现，不同波长的紫外线其光量子的能量不同。
2.紫外线的传播：紫外线为直线传播。
3.紫外线的穿透性：紫外线对不同物质的透过率不同。普通玻璃和有机玻璃不能透过杀菌紫外线,石英玻璃可透过80%以上，一般塑料的透过率很低。聚氟亚乙烯树脂薄膜(厚度01mm)可透过60%左右的波长为254nm的紫外线，乙烯共聚脂膜(厚度0.1mm)可透过40%;杀菌紫外线对水可穿透2cm。紫外线在空气中传播时，可被悬浮的粒子阻挡。
4.吸收：紫外线照射到物体表面时可被吸收，转变成物质的内能，而不易穿透物体深部,故紫外线照射只能杀灭物体表面的微生物。
5.反射和聚焦：入射的光线可在两种媒质界面处产生反射;人射的光线在进入第二种媒质时发生折射。各种材料对杀菌紫外线(254nm)的反射系数不同:氧化镁为80%~93%,抛光铝为 60%~90%,白漆为 46%,白石灰为 40%，白瓷砖为 4.7%。根据此特性可选择紫外线灯具的反射材料。
(二)紫外线的杀菌机制
紫外线主要通过直接作用和间接作用两个途径杀灭微生物。
1.直接作用：杀菌力较强的波段为250.0~280.0nm，通常紫外线杀菌灯采用的波长为253.7nm，紫外线能直接作用于生物细胞,广谱杀菌效果比较明显。
(1)对核酸的作用：在紫外线的照射下，DNA形成胸腺嘧啶二聚体(TT),在RNA上形成尿嘧啶二聚体(UU)，从而使DNA和RNA失去复制能力，导致微生物死亡。
(2)对蛋白质的作用：紫外线对蛋白质的作用较小，它可以被蛋白质上的氨基酸所吸收，从而破坏这些化学基团，导致蛋白质变性，使其失去功能。
2.间接作用：紫外线能通过与空气中的氧气作用产生臭氧,其中波长峰值为 185nm的紫外线产生的臭氧量最高。臭氧是一种强氧化剂,可破坏微生物的蛋白质,影响微生物的代谢,导致微生物死亡,从而杀灭细菌。
(三)紫外线的杀菌作用
紫外线杀菌作用最强的波段在254nm左右。每种微生物都有其特定的紫外线死亡剂量阈值。杀菌剂量(K)是照射强度(I)和照射时间(t)的乘积,即K=I·t在紫外线光源的强度高于40μW/c㎡时,高强度短时间或低强度长时间的照射均能获得同样的效果。一般来说，革兰阴性菌对紫外线最敏感,其次为革兰阳性菌,细菌芽孢和真菌孢子抵抗力最强。病毒也可被紫外线灭活，其抵抗力介于细菌繁殖体和芽孢之间。
对紫外线高抗的有枯草杆菌芽孢、耐辐射微球菌和橙黄八叠球菌，中抗的有微球菌、鼠伤寒沙门菌、乳链球菌、酵母菌属和原虫，低抗的有牛痘病毒、 HIV、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、普通变形杆菌、军团菌、布鲁尔酵母菌和T3大肠杆菌的噬菌体。枯草杆菌黑色变种ATCC9372株已被用作紫外线消毒指示杆菌株。
二、常用的紫外线灯
(一)紫外线灯消毒的特性
●紫外线可以杀灭各种微生物，包括细菌繁殖体、细菌芽孢、结核杆菌、真菌、病毒和立克次体。
●不同微生物对紫外线的抵抗力差异较大，由强到弱依次为真菌孢子、细菌芽孢、抗酸杆菌、病毒、细菌繁殖体。
●紫外线属于电磁辐射，穿透力极弱,因此使用受到限制;在空气中可受尘粒与湿度的影响，当空气中含有尘粒 800~900个/cm，杀菌效果可降低 20%~30%，相对湿度由33%升至56%时，杀菌效果可减少到 33%。在液体中的穿透力随着深度的增加而降低，中、小杂质对穿透力的影响更大，溶解的糖类、盐类、有机物都可大大降低紫外线的穿透力。酒类、果汁、蛋清等溶液只需 0.1~0.5mm,即可阻挡90%以上的紫外线。
●杀菌效果直接取决于照射剂量(照射强度和照射时间)。
●在不同的媒质中紫外线的杀菌效果不同。
●粗糙的表面不适宜用紫外线消毒,当表面有血迹、痰迹等污染物质时,消毒效果亦不理想。
●有报道,某些化学物质可与紫外线起协同消毒作用,如紫外线与醇类化合物可产生协同消毒作用。
(二)紫外线杀菌灯的分类
紫外线灯管根据外形可分为直管、H形管、U形管;根据发光机制不同可分为热阴极低压汞紫外线灯、冷阴极低压汞紫外线灯、高压汞紫外线杀菌灯和紫外LED 灯。
1.热阴极低压汞杀菌紫外线灯：热阴极低压汞杀菌紫外线灯的制备原理是用钨丝绕成双螺旋灯丝，涂上碳酸钡、碳酸锶、碳酸钙的混合物，然后通电加热,混合物被激活分解形成钙、锶、钡的氧化物。紫外线灯启动时，灯丝加热,氧化物发射电子,轰击灯管内的汞蒸汽致使汞原子的外层电子跃迁到高能级轨道位置,使汞原子成为激发态的原子。跃迁到高能级轨道上的电子仅能停留 10~10-s，然后又跃回外层低能级轨道,同时释放出能量，以紫外线的形式表现出来。这种灯辐射的紫外线 95%以上的波长为253.7nm，少数波长为184.9nm、404nm、435nm、545nm、577nm和579nm。低压汞灯内充入汞蒸汽的压力为0.006mmHg(1mmHg=0.133kPa),一般采用对紫外线透过率>80%的石英玻璃做灯管。这种灯温度在 40℃时,辐射强度最大。低压汞灯有如下种类。
(1)直管式紫外线杀菌灯：直管式紫外线杀菌灯是最经典的紫外线杀菌灯，灯管长度和直径可用公式计算。用石英玻璃管制备的直管式紫外线杀菌灯，30W灯的辐射强度在100μW/cm²以上(1m处),要求使用中不得低于70μW/cm²,使用寿命为3000h，功率为40W、30W、8W、4W等。
(2)H型热阴极低压汞紫外线杀菌灯：H型热阴极低压汞紫外线杀菌灯是高强度的杀菌灯，W的H型灯，在距灯管3cm处的辐射强度≥9000μW/cm²。30W的H型灯在100cm处的辐射强度>200μW/c㎡。
(3)低O紫外线灯：无论是直管式还是H形灯,均可制成低O₃紫外线灯,方法是在石英玻璃中加入0.01%~0.05%的氧化钛和0.07%的氧化铝，使波长<200nm的紫外线被吸收产生的少量O₃。由于O₃和紫外线有协同作用，故提高了消毒效果。
(4)高O₃紫外线灯：高O₃;紫外线灯在产生大量 253.7nm 紫外线的同时，也辐射较强的 184.9nm的紫外线，从而产生大量的O₃,由于O₃,和紫外线有协同作用,故提高了消毒效果。
2.冷阴极低压汞紫外线杀菌灯：冷阴极低压汞紫外线杀菌灯用镍制成电极,在石英灯管内充人汞和氩气,靠强电场的作用使冷阴极发射电子，轰击汞原子，使其发光。灯管可以做成各种形状，例如盘香形、U型等，辐射的紫外线 60%以上为 253.7nm
3.高压汞紫外线杀菌灯：灯管内汞蒸汽的压强可以大至几个大气压，功率可达500~1000W或更高，在辐射光谱中有小部分是杀菌紫外线，但总能量大，仍不失为良好的消毒紫外线光源,一一般用于水的消毒。
4.紫外线LED灯：随着LED技术的飞速发展，发光二极管作为光源成为节约能源、延长灯具使用寿命的一种有力手段。相比普通的紫外线灯，紫外线LED灯使用发射波长范围更集中的UVC半导体，极大地提高了发光效率和杀菌能力，降低了功耗。紫外线 LED灯技术还有其他优点。①无汞。紫外线LED灯不含有害物质;②占地面积小。由于大功率LED灯的体积小，占地面积比传统紫外线系统要小得多;③即时开启或关闭。无须预热时间即可开启或关闭系统，从而延长LED灯的使用寿命。④无温度影响。LED灯不会将热量传递到水中，因此限制了水的结垢并且确保恒定的紫外线输出。汞灯和紫外线LED灯之间的主要区别在于它们的光发射剖面对反应器的设计有直接影响。传统紫外线灯需要采用圆
柱形设计;紫外线LED灯是点光源的发光模式，因此不需要圆柱形反应器。与传统的紫外线灯相反，紫外线LED灯可以发射不同的波长(如255nm、265nm、275nm等)。
三、常用紫外线的消毒装置
1.高强度紫外线灯消毒器：高强度的紫外线灯是专门研制出的H形热阴极低压汞紫外线灯,它在距离照射表面很近时，照射强度可达 5000μW/c㎡以上，5s 内对物体表面污染的各种细菌、真菌、病毒和对细菌芽孢的杀灭率可达 99.9%以上,目前国内生产的有9W、11w等小型的H形紫外线灯。在3cm 处的近距离照射，其辐射强度可达 5000~12 000uW/c㎡,适用于光滑平面物体的快速消毒,如工作台面、桌面、大型设备的表面等。多功能动态杀菌机紫外线强度>1000μW/c㎡,在常温和有人存在的情况下，24h自然菌的消亡率为59%~83%,最高可达 86%。
2.移动式紫外线消毒车：有立式和卧式两种，该车装备有紫外线灯管2支、控制开关和移动轮，机动性强。其适合于不经常使用或临时需要消毒的物体表面和空气。
3.循环风空气净化(洁净)器：现在市场上有很多种类的空气净化器，这些净化器大多由几种消毒方法组合而成,紫外线在其中起着非常重要的杀菌作用，而且还具有可以在各种场所进行空气消毒的显著特点。
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