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1、C 波段紫外线的灭菌作用日尧（北京照明学会）1 紫外线1802 年德国物理学家里特 (Ritte) 发现一种人眼看不见的光线，它位于可见光谱紫光区的外侧，被称为紫外光或紫外线。紫外线一般指波长在 400nm10nm 的电磁辐射线。根据紫外线不同波长的生物性质，紫外线在生物效应方面的波谱划分见表 1。从生物光学的角度国际照明委员会（CIE）把紫外线分成三段。UVA：315400nm；UVB：280350nm； UVC：100280nm。2 紫外线的灭菌原理 细菌、病菌的脱氧核糖核酸 (DNA) 和核蛋白最易吸收波长为 200300nm (C 波段) 紫外线，吸收紫外线的最强峰在 254257nm
2、 之间。菌类吸收了紫外线的能量后，引起DNA 与核蛋白之问的链的断裂，造成核酸和蛋白的交联破坏，使细菌死亡。细菌吸收不同波长的紫外线能力不同，因此不同波长的紫外线灭菌能力也不同，由图1 可以看出，波长 254nm 紫外线灭菌能力最强。紫外线灭菌效果不但与波长有关，与照射剂量也有关。照射剂量增加，灭菌量增大，但并不是线性关系，即灭菌率 (百分比) 不与照射剂量(紫外线照射剂量等于紫外线的辐照度值乘以时间)成正比关系 (说明：只有在紫外线剂量很低，细菌量很大时才成正比线性关系) 。灭菌率和紫外线剂量的关系如下：不同菌种对紫外线吸收的敏感性不同，达到同样的灭菌率所需紫外线剂量也不同。表2 给出不同菌
3、种灭菌率和紫外线照射剂量、波长的关系。紫外线灭菌与化学灭菌、高温灭菌和其他辐射灭菌相比，既简便、清洁及效果好，既无污染又节省能源，尤其对空气和水是理想的灭菌方法。3 紫外线的产生 (C 波长)消毒灭菌效果最好的是 c 波段的波长在 254257nm 的紫外线。如何获得经济的灭菌紫外线呢?低压汞灯是高效的 254nm 紫外线光源。紫外线低压汞灯有多种，按放电类型分为：弧光放电低压汞灯和辉光放电低压汞灯；按阴极类型分为：热阴极低压汞灯和冷阴极低压汞灯；按产生臭氧量分类：有臭氧灯和无臭氧灯。目前灭菌最常用的是热阴极低压汞灯。有人区域灭菌应用无臭氧灯，无人区域灭菌可用有臭氧灯，臭氧本身也有灭菌作用。异
4、型冷阴极低压汞灯体积小，功率小，常用于有人工作区域、特殊场所和局部区域。低压汞灯的缺点是不易作成大功率灯，一般不超过 100W，功率大于 40W 后，254nm 紫外线转换将下降。因而限制了其应用范围。在需要大功率灭菌紫外线源时可使用长弧高压汞灯或金卤灯 (锑氖灯) 。低压汞灯的紫外线辐射效率应不低于如下值：灯功率1/2L 时,紫外辐射强度近似与照射距离的平方成反比，即：即：当尺4L 时，辐照度计算误差小于 5。紫外线照射剂量=紫外线辐射强度 (E)照射时问 (t) 。因此，紫外线照射剂量与照射时间是成正比的。当室内采用低压汞灯灭菌时，灯安装后总功率是固定的，灯位置 (即距离) 是固定不变的，
5、紫外照射剂量只与照射时间有关。控制照射时问就控制了照射剂量，即控制了灭菌率。e灯具反射材料和墙壁材料对灭菌效果的影响灯具加反光罩一是保证灯的紫外线能量集中到被照物上，另一目的是保护不直接照射到该环境下工作的人员，给人员造成损伤。灯具反光罩材料一定要对 253.7nm 紫外线吸收少，反射多。由表 4 可以看出，表面氧化抛光处理过的铝对短波紫外线的反射系数最大，所以一般紫外线灯具反光系统均用铝材制成。在有人工作的无菌室内，如医院的手术室、输血站、制药车间等，墙壁材料要用对紫外线反射率小的的材料，使紫外线照射到墙壁后反射到空间的能量少，以保护工作人员的眼睛，同时应采用无臭氧灭菌灯。从表 5 可以看出
6、，白磁砖和氧化锌用于墙壁时，反射率均小于 10，在有人工作场所应采用其做壁材。相反，在无人工作的灭菌室，壁材最好用氧化镁喷涂，有利于灭菌。f细菌种类对灭灭菌的影响虽然各种细菌均吸收 253.7nm 紫外线，使其 DNA 链断裂而死亡。但至死量相差很多。同时，不同菌种对紫外线波长最大吸收不同，即对不同波长的紫外线敏感性不一样，这在用紫外线灭菌时应充分考虑。表 6 绘出不同菌种灭菌时所需紫外线剂量。43 室内空气灭菌注意事项a短波紫外线对人体的影响过量的短波紫外线会造成人体皮肤损伤(红斑效应) 和眼睛损伤，如患结膜炎、角膜炎和彩虹病等。因此，短波紫外灭菌时一定不能直接照射人和限定一定剂量。在设计室
7、内灭菌时应注意紫外剂量符合如下规定。* 人在 8 小时内受短波紫外线照射的安全剂量：240uWmincm 2；* 工作在紫外线环境下的人员所受紫外线照射强度安全标准：近紫外线 (400300nm) 照射强度不大于 0.1uWcm 2：远紫外线(300200nm)照射强度不大于 0.1uWcm 2：臭氧安全标准为：不大于 0.3mgm 3；* 人眼允许的最大 254nm 紫外线辐射剂量见表 7。人体被照射过量紫外线后经一定潜伏期产生皮肤红斑反应。297nm 和 254nm 是最易对人体产生红斑反应。但短波紫外线 254nm 所致红斑与中波紫外线 297nm 所致红斑在性质上有所不同，见表 8。一
8、般室内空气灭菌的剂量为每立方米空气，用低压紫外线汞灯功率 0.81.5W ，即可获得很好灭菌效果 (每天照射四次，每次一小时) 。b使用热阴极低压汞灯灭菌时，该灯对电源电压要求较高，欠压或过压工作会影响灯寿命和紫外线输出量。因此电源电压最好应保持在 220V10V 左右。44 水和其他液体的灭菌液体对紫外线的吸收系数很大，紫外线对这些液体的穿透能力很弱，因此对液体灭菌困难，需要更大剂量的紫外辐射能量。液体对紫外线的吸收系数见表 8。由表 8 看出，液体透明度越小对紫外线的吸收系数越大，如牛奶 a=300，液体透明度越大则对紫外线的吸收系数越小，如蒸馏水 a001 。因此，紫外线灭菌剂量也相差很
9、大。一些液体用低压汞灯满足不了需要，要用大功率的高压汞灯或金卤灯才行。a对水的灭菌对水的灭菌一般采用金属卤化物(锑一氖) 灯，功率可做到 500W、1000W、2000W等。个人用户和集体单位水用量较少的场合，可用低压汞灯灭菌。应用时注意：紫外线灯管应在石英管套内，石英套有很好的透紫外性能，又对灯管起保温作用，不会因水温低而引起灯管紫外线的辐射严重下降。同时应控制水管的直径，限止流过灯管的水层厚度，以保证灭菌效果。水层厚度与灭菌率的关系见表 9。当水流速 250Lh 时，水层厚度应不大于 2.2cm。当水中含有芽胞细菌时，水层厚度不大于 1.4cm，水流速不超过 90Lh。b对其他液体灭菌紫外
10、线对酒、果汁、牛奶、饮料进行灭菌，效果也很好，有利于保持他们当中的维生素、果酸、芳香族物质等成分，比其他灭菌方法提高其营养价值。由表 8 可以看出这些液体对紫外线的吸收系数较大，因此在灭菌时必须注意控制好其流量，才能达到良好的灭菌效果。关于紫外吸收系数和液体流量与灭菌率的关系，可参看图 4。由图 4 可以看出，设计某种液体的灭菌装置时，应先测出其紫外线吸收系数(a)，选好灯种，在不同流速下测其灭菌效果，最后确定液体流量。这样才能设计出所需装置。45 紫外线对物体表面的灭菌在无尘埃的环境中对物体表面进行灭菌，按下面条件进行就可达到灭菌目的。紫外线照射功率：2Wm 2；灯管与被照射表面距离：1.251.50m；照射时间：30rain；照射有效面积(在灯管垂直下方) ：1.52.0m 2。
