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为什么要用紫外线消毒,有哪些好处?

发布时间:2020-06-22 浏览次数:72次 关闭 字体大小:【

1章  绪论

冠状病毒属套式病毒目、冠状病毒科、冠状病毒属,是一类具有囊膜、基因组为线性单股正链的RNA病毒,是自然界广泛存在的一大类病毒。由于该类病毒的形态,在电镜下观察,有类似王冠而得名。截止目前为止,冠状病毒仅感染脊椎动物,可引起人和动物的呼吸道、消化道和神经系统疾病。

2020年春节期间,从武汉到全国肆虐的病毒是人类发现的一种全新冠状病毒(名为Novel coronavirus pneumoniaNCP),扰乱了每一个中国人的春节计划,牵动着人心。在此次新型肺炎疫情前,已发现六种可以感染人类的冠状病毒。其中四种在人群中较为常见,致病性低,一般仅引起类似普通感冒的轻微呼吸道症状,另外两种就是大家熟知2003年发生的严重急性呼吸综合征(Severe Acute Respiratory SyndromeSARS,传染性非典型肺炎)和韩国2015年发生的MERS病毒(中东呼吸综合征” Middle East Respiratory SyndromeMERS),这两种冠状病毒导致的疫情比较严重。由于冠状病毒主要通过飞沫传播,日常佩戴外科口罩可很好地保护自己,病毒还可通过接触传播,故而勤洗手也非常重要。简单来说,不洗手就不要接触自己的口鼻等黏膜部位。

当前,仍然在全国肆虐的新型肺炎疫情是一类具有包膜的RNA病毒,可通过RNA复制。当包膜被破坏后,RNA很容易降解,从而使病毒失活。由于有这个包膜,该冠状病毒对有机溶剂和消毒剂敏感,75%酒精和其他消毒剂均可灭活病毒。

据新华网报道,中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所的专家董小平研究成果表明:虽然2019新型冠状病毒(NCP)的生存能力较强,但这种病毒对热辐射和紫外线辐射敏感。研究人员用强度大于90微瓦/平方厘米的紫外线照射,30分钟即可灭杀这种病毒。

今年127日,国家卫健委在发布的《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案(试行第四版)》中明确,新型冠状病毒对紫外线和热敏感。

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2  紫外线及消毒

1 紫外线概述

1.1什么是紫外线/紫外光

紫外线(Ultraviolet)是不可见光,是波长比可见光短但比X射线长的电磁辐射,其波长范围在10纳米至400纳米,能量从3电子伏特至124电子伏特之间。它的名称是因为在光谱中,它的电磁波频率比肉眼可见的紫色还要高而得名,又俗称紫外光。

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1801年,德国物理学家里特发现在日光光谱的紫端外侧一段能够使含有溴化银的照相底片感光,因而发现了紫外线的存在。紫外线可以用来灭菌,过多的紫外线进入人体会造成皮肤癌。紫外线是在阳光中发现的,并且在电弧和专门的灯,像是黑光灯,也会并发出紫外线。它可以造成化学反应,并导致许多物质发光或产生萤光。大多数紫外光被归类为非电离辐射。能量较高的紫外线光谱,大约在150纳米(真空紫外线)是电离的,但这种类型的紫外线不具穿透力,会被空气阻挡住。

1.2 紫外线的分类

紫外线的分类,一般是根据其波长划分。通常分为:真空紫外线(UV)、超短紫外线(UVC)、远紫外线(UVB)和近紫外线(UVA)等四类。

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1)真空紫外线(VUV)

波长100nm到200nm,称为真空紫外线。它的穿透能力极弱。它能使中的氧气转化成臭氧,称为臭氧发生线。

2)短波紫外线(UVC)

波长200nm到280nm,称为短波紫外线,又称超短紫外线。UVC紫外线在经过地球表面同温层时被臭氧层吸收。不能达到地球表面,对人体产生重要作用。

UVC紫外线对人体的伤害很大,短时间照射即可灼伤皮肤,长期或高强度照射还会造成皮肤癌。紫外线杀菌灯发出的就是UVC短波紫外线。

3)中波紫外线(UVB)

波长280nm到320nm,称为中波紫外线,又称为中波红斑效应紫外线。UVB紫外线具有中等穿透力,它的波长较短的部分会被透明玻璃吸收,日光中含有的中波紫外线大部分被臭氧层所吸收,只有不足2%能到达地球表面,在夏天和午后会特别强烈。

UVB紫外线对人体皮肤有一定的生理作用。此类紫外线的极大部分被皮肤表皮所吸收,不能再渗入皮肤内部。但由于其阶能较高,对皮肤可产生强烈的光损伤,被照射部位真皮血管扩张,皮肤可出现红肿、水泡等症状。长久照射皮肤会出现红斑、炎症、皮肤老化,严重者可引起皮肤癌。

UVB紫外线对人体具有红斑作用,能促进体内矿物质代谢和维生素D的形成,但长期或过量照射会令皮肤晒黑,并引起红肿脱皮。中波紫外线又被称作紫外线的晒伤(红)段,是应重点预防的紫外线波段。

紫外线保健灯、植物生长灯发出的就是UVB紫外线,它使用特殊透紫玻璃(不透过254nm以下的光)和峰值在300nm附近的荧光粉制成。

4)长波紫外线(UVA)

波长320nm到400nm,称为长波紫外线,又称为长波黑斑效应紫外线。UVA紫外线有很强的穿透力,可以穿透大部分透明的玻璃以及塑料。日光中含有的长波紫外线有超过98%能穿透臭氧层和云层到达地球表面,UVA紫外线可以直达肌肤的真皮层,破坏弹性纤维和胶原蛋白纤维,将我们的皮肤晒黑。

UVA长波紫外线虽不会引起皮肤急性炎症,但对皮肤的作用缓慢,可长期积累,是导致皮肤老化和严重损害的原因之一。

由此可见,防止紫外线照射给人体造成的皮肤伤害,主要是防止紫外线UVB的照射;而防止UVA紫外线,则是为了避免皮肤晒黑。

在欧美,人们认为皮肤黝黑是健美的象征,所以反而在化妆品中要添加晒黑剂,而不考虑对长波紫外线的防护。这种观点已有所改变,由于认识到长波紫外线对人体可能产生的长期的严重损害,所以人们开始加强对长波紫外线的防护。

1.3 紫外线的用途和作用

在化学方面:主要用于涂料固化,颜料固化,光刻。

在生物学方面:主要用于紫外线灭菌法,促进植物生长,诱杀蚊虫。

在仪器分析上:主要用于矿石,药物,食品分析。

1.4 紫外线对人体的危害

紫外线波长较短,光子携带的能量大,虽然可以有效灭菌,但短时间照射人体即会对人体造成直接伤害:

人的眼睛与皮肤若暴露在紫外线灯光线下3分钟以上,就有可能超过世界卫生组织(WHO)及国际非电离辐射保护委员会(ICNIRP)所制订的人体安全界限;

如果直接照射15分钟后,就会使眼角膜损伤导致电光性眼炎,双眼突然剧烈疼痛,畏光、流泪或眼睑痉挛等;

长期照射会损害眼睛及皮肤,导致眼部创伤及皮肤严重灼伤,并可能导致皮肤癌。

当人体直接受到紫外线的照射,具体将会有下列危害:

免疫功能下降;

对遗传因子的深度伤害;

皮肤癌、白内障发病几率增加;

背后和手脚的色斑癌的发病率增加;

造成皮肤暗沉、老化、斑点、皱纹;

癌前病变状态的日光角化症的增加;

长期照射短波的紫外线可能会引起牙齿痛;

紫外线也会促使家具及陈设加速老化褪色。

2 紫外线消毒

2.1 概述

人类很早就利用太阳中的紫外光杀菌,其原理是利用适当波长的紫外线破坏微生物机体细胞中的DNA或RNA的分子结构,可导致键和链的断裂、股间交联和形成光化产物等,从而改变了DNA的生物活性,使之失去繁殖和自我复制的功能,从而达到杀菌消毒的目的。这种紫外线损伤也是致死性损伤。

紫外线可以杀灭各种微生物,包括细菌繁殖体、芽胞、分支杆菌、病毒、真菌、立克次体和支原体等,凡被上述微生物污染的表面、水和空气均可采用紫外线消毒

紫外线对常见细菌病毒的杀菌效率

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因此,在预防和对抗各种已知和未知传染病中,紫外线消毒具有高效性、广谱性、彻底性、完全环保、无抗药性和二次污染等显著优势:

1)高效率紫外线对细菌、病毒的杀菌作用一般在几秒内完成,几乎是瞬时发生,杀菌消毒能力比氯大600~3000倍。

2)广谱性紫外线技术在目前所有的消毒技术中,杀菌的广谱性是最高的。它对几乎所有细菌、病毒都能高效率杀灭。

3)彻底性紫外线与臭氧结合使用(UVC+O3),能够发挥更强大更彻底的杀菌消毒威力。紫外线直线照射空气、物体表面,达到强力杀菌消毒;臭氧随空气渗透到室内各角落,彻底杀灭室内细菌。

4)完全环保用紫外线照射,进行杀菌消毒,紫外线照射空气中的氧气生成臭氧,臭氧强氧化杀灭细菌病毒,整个杀菌过程均无需添加任何化学药剂,真正达到完全环保。

5)不存在抗药性紫外线或臭氧均是直接破坏细菌病毒细胞中的DNA、RNA、蛋白质等,致细胞直接死亡并无法繁殖复制,不存在抗药性。而其它化学药剂灭菌,会使细菌病毒产生抗药性,而造成该化学药剂灭菌效果失效。

6)无二次污染紫外线、臭氧致使细菌病毒直接死亡,没有其它任何化学污染物产生;同时臭氧常温下15到30分钟(臭氧半衰期)转化成氧气,无任何残留的二次污染。

2.2 紫外线消毒灯

紫外线消毒灯一种能发射紫外线的装置,是一种用紫外线辐射杀菌消毒的物理手段。

大多数紫外线灯的工作原理是:在真空的石英管中加入定量的高纯汞(水银),通过对两端电极提供电压差(压降),产生离子放电,从而产生紫外线辐射。当紫外线灯管工作时,产生热量的集聚,管内的温度会随之上升,造成管内汞蒸汽压上升,汞原子浓度增加。在温度上升的初期,会使共振吸收效应增强,灯管的紫外输出增加。若无良好的通风和降温,随着管内温度和汞蒸汽压的进一步上升,汞原子间的碰撞加剧又会很快抑制紫外线被发射出来,此时灯管的紫外输出反呈下降趋势。

对于普通紫外线灯,要使紫外输出最强,管内应存在一个最佳汞蒸汽压(一般为0.8-1Pa)。因此,灯管在40℃左右有最佳的紫外输出。

根据GB 19258-2012 《紫外线杀菌灯》的规定,紫外线消毒灯的一般命名规则如下:

 

2.3 紫外线消毒 VS 普通日光灯

普通紫外线灯的发光原理,与日常生活中的普通日光灯(或节能灯)是一样的,只是普通日光灯管采用的是普通玻璃喷荧光粉,紫外线被荧光粉吸收,不能透出来,只发出可见光。

其区别如下:

紫外线灯不需要把激发出来的紫外线转化为可见光。

日光灯使用普通玻璃作为灯管,而紫外线灯则采用石英玻璃或其他透紫玻璃作为灯管。

2.4 紫外线消毒灯为什么会产生臭氧?

紫外线消毒灯产生臭氧的原因是由于波长 200nm 以下的短波长紫外线能分解O₂分子,生成的 O*与O₂结合产生臭氧O₃。

具体的反应过程如下

3O₂+hv=2O₃,其中hv为合适的波长能量。

紫外线是阳光中波长为10~400纳米(nm)的光线,可以分为UVA(紫外线A,波长320~400纳米,长波)、UVB(波长280~320纳米,中波)、UVC(波长100~280纳米,短波)3种。

只有当紫外线的波长不大于200nm时,才能被空气中的O₂吸收,从而发生反应生成O₃。

2.5 影响紫外线灯效果的因素

为确保和提高紫外线灯的杀菌消毒效果,以达到控制细菌或病毒感染的目的,必须重视和排除不利因素,保证紫外线灯的杀菌消毒效果有效、迅速。分析紫外线灯的杀菌消毒原理,可归纳出,影响紫外线灯效果的主要有以下四个因素:

1)不同生物时间对杀菌消毒效果的影响。因为不同的生物时间,细菌体内的“光复活酶”有着不同的生物效应。在白天,细菌体内的“光复活酶”获得能量,使损伤的 DNA 修复,可形成单体细菌重新恢复生活状态;而在夜间,“光复活酶”则不能发生此生物效应。因此,夜晚进行紫外线消毒,其效果更好。

2)紫外线灯的类型、质量、有无反光罩对其效果的影响。紫外线灯在有无反光罩或不同材料的反光罩下所测得的强度差异较大。比如,1支在木板式反光罩下的灯,经测试,其输出的紫外线辐射强度小于7μW/cm2,应属不合格灯管;但是,若改置在抛光铝制反光罩下,其输出强度升高,即可达合格要求。

3)紫外线灯管的清洁程度对其效果的影响。由于紫外线具有穿透力弱的特点,尘埃可使其输出的紫外线辐射强度降低。而经无水酒精擦拭后,其输出强度平均可提高6.29μW/cm2

4)紫外线灯的杀菌距离、持续时间对其效果的影响。只有当我们很好地解决了这些影响紫外线灯杀菌消毒的不利因素,才能让紫外线灯得到充分的利用。

2.6 传统紫外线消毒存在的问题

虽然紫外线消毒具有诸多优势,但由于紫外线辐射或可能附带产生的臭氧,对人体有害,使得传统紫外线消毒存在下列问题:

1)极易造成意外伤害或事故

紫外光属于伤害性光线的一种,直接照射皮肤,会破坏DNA,细胞会因而死亡或是发展成不可控制的癌细胞。由于紫外光无色、无味、不易观察,误开紫外消毒设备,很容易造成意外伤害或事故。另外,这也容易对操作/管理人员造成职业伤害,存在职业安全隐患。上述原因导致传统紫外线消毒设备很难推广应用。

2)实施有难度,效果难保证

传统紫外消毒设备主要靠人工操作和管理。

根据有关标准和法规:为使确保消毒效果,需要用紫外强度指示卡(UV试纸)或手持紫外线测试设备,来监测输出的紫外光强度是否满足使用要求,且保持足够的照射时间;另外,还需要记录紫外线消毒设备的工作时间,以便在设备寿命到期时及时替换。

人工方式存在方法复杂、操作繁琐、漏报/误报、可靠性低等问题,难以规范化、数字化、智能化,消毒效果难以保证。

3)紫外消毒过程难有效监管

由于传统紫外线消毒方法极易造成意外伤害或事故,同时又要确保消毒剂量足够,必须对紫外消毒过程进行监测和管理。然而,传统紫外消毒设备没有数据通信接口,无法进行数字化、智能化监管,只能采用定期检查、人工记录、表格管理等方法,很难对紫外线消毒的操作、实施、检查和管理进行有效监管,很容易出现失管失控现象。


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