原创 紫外线杀菌灯随想

2020-4-1 12:01 942 39 39 分类: 消费电子 文集: 科普文章

前段时间有朋友问我:是不是所有的紫外线都可以杀菌?说他家里有一台商用UV打印机(紫外线固化),里面的光源就是紫外线光源。我当时想当然地觉得应该可以,但是后来觉得不太对,遂仔细查了一下资料,发现还真不是所有紫外线波段都可以杀菌。以下是前段时间写的一篇文章,供大家参考。

最近的紫外线杀菌灯,因为《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案(试行第五版)》里面的一句话而被推到风口浪尖上:

“病毒对紫外线和热敏感,56℃ 30分钟”。看到这句话时我很好奇,为什么温度明确写了56℃/30分钟,但是紫外线却没具体写呢?是编写这个方案的人忘记写了,还是太懒了没写,或者是不确定剂量呢?这句话现在就成了各种跟“紫外线”相关的杀菌灯们最好的广告词——甭管有用没用,反正病毒“敏感”嘛,只要咱们的产品有“紫外线”就行!但是:

离开剂量谈毒性的都是耍流氓!

对于紫外线杀菌灯,大家也许会想问:

1,紫外线都能有效杀菌吗?

2,紫外线杀菌和什么(参数)有关?

3,紫外线能杀灭什么细菌?

4,选购紫外线杀菌灯要注意什么?

1 紫外线都能有效杀菌吗?

在大众朴素的观念里,把被子拿去晒太阳,可以杀灭被子上的螨虫,留下一股“阳光的味道”。阳光里能杀灭螨虫的那股力量,就是紫外线。但是紫外线,却不只有一种。

我们知道,阳光分为可见光谱和不可见光谱。人眼能看到的是可见光谱,在380nm~780nm之间。在这个波长区间之外的,称为不可见光谱,而我们要说的紫外线,就在波长小于380nm的那一端。

不过在CIE(国际照明委员会)的标准里,100nm~400nm波长的光谱范围都称为紫外线光谱。其中又根据具体的波长范围把紫外线分为以下三类:

那么,回到最初的问题,这三个波段的紫外线都能有效杀菌吗?我们来看看下面这个图:

从上图可以看到,有杀菌作用的紫外线几乎都在UV-B和UV-C波段。

由于波长为200nm或更短的紫外线辐射,大部分都在空气中被吸收,因此很难长距离传播。空气吸收的紫外线会分解空气中的氧气分子,并产生臭氧。所以有杀菌作用的紫外线波长集中在200nm~300nm之间。

如果我们把紫外线杀菌效果做归一化,就会得到下面这个曲线:

从上图的杀菌效果曲线中,我们很明显看到,杀菌效果最好的紫外线波长在大约260nm处。而在不到400nm的地方,其作用已经只有最强处的万分之一,在大约340nm的地方,也下降到了最强处的约千分之一。

太阳光包含波长大约为300nm及以上波段的紫外线,并且该波长范围内的辐射照度较大,因此具有杀菌作用。

到此,第一个问题的答案出来了:不是全波段的紫外线都能有效杀菌,真正有杀菌作用的紫外线波长,在200nm~300nm之间。而最强的紫外线杀菌波长在260nm左右。

2 紫外线杀菌和什么(参数)有关?

目前市面上大多数紫外线杀菌灯使用的是低压汞灯技术。根据我国现行的国标《GB19258-2012 紫外线杀菌灯》,里面描述的范围提到:本标准适用于采用石英玻璃生产的有臭氧或无臭氧,紫外辐射峰值波长为253.7nm的双端、单端或自镇流灯。

由此我们可以看到,低压汞灯实际的紫外杀菌波长峰值在253.7nm,和我们上面得出的“最强紫外线杀菌波长在260nm左右”非常接近。这是目前商用上人工能产生的最有效的紫外线杀菌波长,因此不仅我国使用这个波长,日本等国家也是一样。

下面回到问题:紫外线杀菌和什么参数有关?

根据国标《GB19258-2012 紫外线杀菌灯》里对杀菌灯的要求:

里面有一个参数——紫外线辐射照度,单位是μW/cm²。这就是用来表征紫外线杀菌灯的辐射强度,也就是杀菌灯的“杀菌能力”。测试距离要求为1000mm±1mm,也就是灯管表面到计量仪器表面的距离。

同时,紫外线的杀菌力还跟具体的细菌类型、温度、湿度及照射时间有关。

综合以上,紫外线对每种细菌的杀菌力取决于杀菌剂量,即紫外线的辐射照度(μW/cm²)x 照射时间(秒)。通常,如果将照射时间加倍,则即使将紫外线照度减半也能够获得相同的杀菌效果。

到此第二个问题的答案也出来了,紫外线杀菌由两个参数共同决定:

(1)杀菌剂量:紫外线的辐射照度(μW/cm²)x 照射时间(秒);

(2)细菌类型及所处环境情况。

3 紫外线能杀灭什么细菌?

前面说了那么多,我们似乎还不清楚为什么波长为253.7nm的紫外线能够有效杀灭细菌?

紫外线灭菌的原理主要是基于核酸对紫外线的吸收。一方面,当微生物受到紫外线照射时,生物细胞内脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)会吸收240~280 nm范围内光波的能量,从而阻止DNA的复制,其中最常见的2种损伤形式为环丁烷嘧啶二聚体和嘧啶-嘧啶酮光产物〔5〕。另一方面,在紫外线的照射下可以产生自由基,引起光电离,从而使微生物不能复制繁殖。
中国公共卫生, 2012, 28(4): 562-564.

所以简单来说,紫外线杀菌灯消毒原理主要是通过对微生物(细菌、病毒、芽孢等病原体) 的辐射损伤和破坏核酸的功能使微生物致死,从而达到消毒的目的。

下表列出了几种常见细菌的杀菌剂量:

从表中可以看出,对于同一菌种,其所附着的位置(环境)不同的情况下,其所需的杀菌剂量也不同。例如在水中的大肠杆菌,就比空气中的大肠杆菌更难杀死。而从90%的灭菌率到99.9%的灭菌率,虽然百分比只增加了9.9%,但是所需的杀菌剂量却是成倍地增加!

以上表格数据是从日本文献中查到。但我们从国标《GB15981-1995 消毒与灭菌效果的评价方法与标准》里也能看到:

这里把单位从μW·s/cm²换算成日文图表中的J/㎡,则大肠杆菌的照射剂量(杀菌剂量)为200 J/㎡,和日文图表中大肠菌(水中)所需的180 J/㎡差不太多。而枯草杆菌黑色变种芽胞的杀菌剂量为1000 J/㎡,和日文图表中枯草菌(芽胞形)(寒天培地上)所需的1209 J/㎡也是接近的。所以说,上面那个表格是有一定可信度的。

* 通俗的表达 *

无论是μW·s/cm²,亦或是J/㎡,对于普通人来说似乎有点难理解。普通人的理解应该是:多大功率的灯,照射多长时间可以杀菌?

我们再回到国标《GB19258-2012 紫外线杀菌灯》,里面标称了30W的双端紫外线杀菌灯,至少要有100μW/cm²的紫外线辐射照度。那么如果我们用大肠杆菌来作为参考,则需要的照射时间为20000μW·s/cm² ÷ 100μW/cm² = 200 s(秒),也就是大约3分20秒。

这么一看,这个紫外线灯杀菌似乎还挺快。但是这里还要加上一个“暖灯”时间,即低压汞灯从开机到能够输出最高功率需要一个时间,根据国标《GB15981-1995 消毒与灭菌效果的评价方法与标准》的要求,开机5分钟后开始测试,如果此时未达到最高输出功率,则该灯的杀菌时间将会延长。最终结果要看杀灭99.9%的菌群需要多长时间。

假设你使用的功率为30W的紫外线杀菌灯暖灯时长为10分钟,那么你要完成大肠杆菌99.9%的灭活,需要大约13~14分钟。同理,枯草杆菌的杀菌时间需要大约25~27分钟。

因为你不知道你需要杀死的是什么病菌,所以为保险起见,最好都按时间长的标准来杀菌。30W的灯,一次杀菌时间至少30分钟以上

从我国卫生行业标准《WS/T 367-2012 医疗机构消毒技术规范》的C.6.3 里可以看到:

该标准要求的也是在紫外线灯功率合格的情况下,杀菌照射时间≥30分钟

并且,按照每立方米≥1.5W的要求,30W的灯可以消毒的面积大约为7㎡(假设层高3米)。所以假设我们的房间为15㎡,就需要单个30W的灯消毒60分钟以上才可以达到效果;或者两个30W的灯同时使用30分钟。

* 新冠病毒 *

疫情当前,我们更关心的当然是紫外线杀菌灯能否杀死新冠病毒?

作为参考,非典时期,中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所的专家发现,使用强度大于90μW/cm²的紫外线照射冠状病毒30分钟,可以杀灭SARS病毒

而新冠病毒和SARS病毒有很多相似的特点,所以这应该也是为什么《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案(试行第五版)》里面提到了“病毒对紫外线敏感”,但是却没有给出具体的剂量的原因——具体的剂量是需要实际试验测试出来的。

因为新冠病毒和SARS病毒都同为冠状病毒,也许我们也可以推测,只要剂量大于SARS使用的"90μW/cm²照射30分钟",应该对有效杀灭新冠病毒有实际的参考意义!

以上就是紫外线杀菌灯灭菌的基本原理和使用范围,但是对于普通大众来说,如何选购紫外线杀菌灯才是关注的重点。

4 选购紫外线杀菌灯要注意什么?

在讲选购紫外杀菌灯之前,有必要说一下,现在除了低压汞灯,近几年也开始出现了使用深紫外LED作为发光源的紫外线杀菌灯。但是由于目前深紫外LED的发光效率还较低,生产工艺不够成熟,以及成本较高等因素,还未能普遍应用。

不过值得注意的是,《关于汞的水俣公约》从今年2020年开始,里面的各项条例将会陆续生效,很多含汞的产品将会被要求停止生产及销售。

所以在未来几年,深紫LED代替低压汞灯作为紫外线杀菌灯的光源,将是大势所趋,但是这应该还需要一段时间。按今后一两年来说,低压汞灯应该还是紫外线杀菌灯的主流光源。

下面我们就直奔主题,如何选购?

第一顺位:大品牌+有效检测报告的产品;

第二顺位:品牌+有效检测报告的产品;

第三顺位:品牌+大品牌光源的产品;

下面是详细说明:

* 大品牌+有效检测报告的产品 *

紫外线杀菌灯属于特种灯具。避免广告嫌疑,这里就不具体列出品牌名字了。只要在搜索引擎里搜“世界十大照明品牌”,排名前几的就是“大品牌”了。当然还有在医用紫外消毒细分领域的一些业内人士才知道的较大的品牌,也算是大品牌。

那么,什么才是“有效检测报告”呢?

这是一份网上下载的某品牌紫外杀菌灯管检测报告。当然里面好多专业术语,看起来让人头大,不过我们只要明确下面的三要素就行:

1,样品名称和样品规格

如果你一个网页下面卖了三五种产品,不写名称规格,我怎么知道这个检测报告是哪个产品呢?当然,如果只有一种产品则可默认就是当前产品的检测报告,不过写了总会更让人信服一点,不是吗?

2,检测依据

如果你不告诉大家你根据什么标准来检测,谁知道你怎么得出的结论呢?

3,检测时长及结果

在多少照射强度下,照射多长时间,得到什么结果?

明确了以上三要素,基本就能知道这份检测报告里的产品是否合格了。


* 品牌+有效检测报告的产品 *

除了排名前几的那几个“大品牌”之后,其他的我们可以归类到“品牌”里。当然还是得看检测报告。

像这个检测报告虽然没上面那个那么详细,但是也基本能讲清楚。


* 品牌+大品牌光源的产品 *

有些品牌自己没有生产紫外线光源的能力,所以使用了其他大品牌的光源。然后自己在配套做一些周边的辅助附件,例如支架,定时器,控制器等等。

因为本身大品牌的光源都会有相应的检测报告,对于这些品牌来说。最终的产品只要符合其他电器类的标准就可以,


* 避坑指南 *

最近很多以前没听过的品牌都冒出来做紫外灯了。有些产品宣传上各种漏洞百出,甚至还借着《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案(试行第五版)》里面的那句“病毒对紫外线敏感”来给消费者挖坑。实在是让人喷饭。

像这个号称30秒快速杀菌,99.9%高灭菌率的“手机紫外线杀菌消毒包”。通篇没写使用什么光源,设计制造符合什么标准,检测报告倒是像模像样地写了几个SGS的报告编号。

查了一下SGS的网站,报告查核需要报告编号,报告日期,以及样品名称。只有一个报告编号是查不到的噢!

网页上的宣传截图如下:

但是《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案(试行第五版)》的原文确是另一番描述:

产品宣传里创造性地自己加上了一句“大部分消毒机可有效灭活病毒”,也有人说,可能是“消毒剂”错写成了“消毒机”,但是这是不是故意为之就有待验证了。

所以说,这种产品如何让人信服呢?信不信由你,反正我是不信的。消毒手机、钥匙这种小物件,一片酒精棉片才一两毛钱,可能30秒都不用,绝对能杀菌灭毒,不是更好吗?紫外线消毒灯还是适合大范围空间消毒,或者水体消毒嘛。

还有其他很多其他类似紫外线的“防疫新产品”,小伙伴们在选购的时候,还是需要擦亮自己的双眼,不要掉进坑里了。

结语

最后总结一下:

1,低压汞灯光源的产品要符合《GB19258-2012 紫外线杀菌灯》标准;深紫LED光源暂时还没有相应的产品标准,只能通过实际杀菌检测报告来判定是否有效。目前似乎深紫LED业界对265nm波长的深紫LED灯珠比较偏好,日本的理化学研究所就认为265nm左右的深紫外线为DNA的吸收峰值,但是相关的标准还没查到

2,紫外线杀菌灯的功率和照射时间这两个参数是杀菌的关键。一般30W的紫外灯使用在10㎡以下的房间,照射时间需要≥30分钟。最后要提醒一下小伙伴们,大部分紫外线杀菌灯的辐射强度会对人的皮肤、眼睛造成严重伤害,下表是人体允许的紫外灯照射时间:

看不懂也没关系,记住使用的时候人远远地离开,把门关上就对了。

同时根据国标《GB19258-2012 紫外线杀菌灯》,紫外杀菌灯分为“有臭氧”型和“无臭氧”型。臭氧浓度高了对人体也有害处,家用的话建议大家还是选择“无臭氧”型的紫外线杀菌灯。

文章中引用的资料及标准:

1,GB19258-2012 紫外线杀菌灯;

2,GB 15982-2012 医院消毒卫生标准;

3,GB 28235-2011 紫外线空气消毒器安全与卫生标准;

4,WS-T 367-2012 医疗机构消毒技术规范;

5,WST 368 医院空气净化管理规范;

6,Minamata-Convention-booklet-chi-full(水俣公约-中文);

7,消毒技术规范(2002年版);

8,


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作者: 信波波, 来源:面包板社区

链接: https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-1481316.html

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