如何正确地选购以及使用紫外线杀菌灯?

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如何正确地选购以及使用紫外线杀菌灯?是我江君呀,喜欢折腾自己的老实人,可以把研究的东西给你分享呀~
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长篇预警!!!【乏味原理科普篇】为相关原理功能的科普,未卜欲先知的客官请滑至【理性选购参考篇】,等不及推购物车的壕请一步到【可以置信的结果】。

针对日常生活的消毒杀菌防护,若使用紫外灯相关产品,则需要关注产品功率、照射强度、杀菌剂量、灯管材质、臭氧拦截率等方面。

【乏味原理科普篇】

先来了解一下紫外线是什么,又是如何杀菌消毒的。

紫外线是波长为 100~400nm(纳米)的光线,人眼不可见。可以分为三种,其中,波长越长,穿透能力越强。

  • UVA(波长 320~400nm,长波),具有很强的穿透力,能穿透玻璃。日常皮肤接触到的紫外线 95%以上是 UVA,晒久了就易使皮肤产生松驰、皱纹、微血管浮现等问题,同时它又能激活酪氨酸酶,导致黑色素沉积和新的黑色素形成,使皮肤变黑、缺乏光泽;
  • UVB(波长 280~320nm,中波),中等穿透力,它的波长较短的部分会被透明玻璃吸收,被臭氧层吸收后仅不足 2%达地球表面,在夏天和午后会特别强烈。晒久了会导致急性皮炎(即晒伤)等症状,皮肤会变红、发痛;[1][2]
  • UVC(波长 100~280nm,短波),又称为短波灭菌紫外线。它的穿透能力最弱,无法穿透大部分的透明玻璃及塑料,日光中含有的短波紫外线几乎被臭氧层完全吸收。不可以直接照射人体,否则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。灭菌杀毒主要就是靠它!
如何正确地选购以及使用紫外线杀菌灯?
图片来源于真魅博客

短波紫外线能够破坏细胞或病毒的核酸结构和功能。核酸中的嘌呤和嘧啶对波长 260nm 的紫外线吸收最强,波长 254nm 的紫外线主要被核蛋白吸收。而这些被吸收的紫外线的量子能破坏核酸分子中的一个或数个化学健,造成核酸或核蛋白的分解或变性,使之失去正常功能造成细菌和病毒的死亡或变异。此外紫外线照射还能影响细菌和病毒中许多酶的活性,使其蛋白分子的结构和功能产生改变,影响蛋白质及核酸的代谢合成亦可使细菌或病毒毒性减弱甚至死亡。[3]

如何正确地选购以及使用紫外线杀菌灯?

同时,185nm 波长紫外线与空气作用可产生有强氧化作用的臭氧还可有效地杀灭细菌病毒。臭氧首先作用于细胞膜,使膜构成成份受损伤,导致新陈代谢出现障碍。臭氧继续渗透穿透膜,破坏膜内脂蛋白和脂多糖,改变细胞的通透性,导致细胞凋亡。[4]臭氧对病毒的作用首先是病毒的衣体壳蛋白的四条多肽链,并使 RNA 受到损伤,特别是形成它的蛋白质。之前也有人针对非典(SARS)病毒进行了相关的冠状病毒杀灭效果参考试验,得出一定浓度的臭氧经过适当的时间可灭活多种病毒的结论。[5]

如何正确地选购以及使用紫外线杀菌灯?

那么紫外线杀菌灯(UVC 灯)又是什么呢?

目前市面上普遍应用的主要是低压汞灯光源深紫外 LED 光源

  • 低压汞灯光源:通电后,灯管内的汞蒸汽被电弧击穿,从而被激发出以 254nm 和 185nm为主的紫外线。[6]普通日光灯也是采用这种原理,但其灯管采用的是普通玻璃,紫外线不能透出来,我们通常所见的不同颜色的光是因为涂在灯管内壁的一定比例的荧光粉被紫外线激发出的。一般杀菌灯的灯管都采用石英玻璃制作,对 254nm 紫外线的透射率高达 90%以上。另外如果适当控制石英管中钛(Ti)元素的添加量,就能截止并控制 185nm 紫外线的逸出量,而对 254nm 紫外线透过基本无影响。根据这一特点,可以制作低臭氧(无臭氧)、臭氧、高臭氧等三种紫外线杀菌灯管。
如何正确地选购以及使用紫外线杀菌灯?
数据来源于文献【6】,产品图来源于百度
  • 深紫外 LED 光源:发光中心波长在 300nm 以下的 LED 灯。与汞灯的发光原理不同,LED 发出的紫外线是利用发光二极管为光源,配合特定的芯片发出一定波长的紫外线。有人测试过波长在 265±5nm,单颗输出辐射通量为 5mW 的 LED 紫外灯的杀菌效果,我们可以看到照射距离、辐照强度、照射时间都会影响灭杀效果。[7]但鉴于 UVC-LED 的辐射效率不高,且价格昂贵,目前只用于小面积的杀菌。
如何正确地选购以及使用紫外线杀菌灯?
数据来源于文献【7】,产品图来源于光宝 UVC

上面提到的辐照强度是紫外线杀菌灯的一项规格参数,那么在介绍如何选购产品之前,我们有必要先了解一些紫外线灯的主要参数及其含义。(鉴于深紫外 LED 光源目前不适用于大范围的空气 / 物体消毒,因此以下仅仅针对低压汞灯光源)

  1. 辐照强度:一定距离下紫外线的辐射强度。根据《消毒技术规范》规定的测试标准,对于普通直管形的 30W 紫外灯,要求使用中的灯管辐射 253.7nm 波长在 1m 处的辐照强度应≥ 70μW/cm²,低于此值应更换。而对于其它异型或非 30W 的辐照强度应不低于说明书的标定值。
  2. 功率:功率与辐照强度成正比,功率越高,辐照强度越高。同时,相关文献[8]包括《消毒技术规范》也建议对于室内空间消毒时,其功率分布不低于 1.5 W/m³。
如何正确地选购以及使用紫外线杀菌灯?
数据来源于文献【8】,其中 A 组为 1.5W/m3 功率分布

3.杀菌剂量:等于辐照强度( μW/cm²)×照射时间(s)。通俗来说就是各个微生物需要一定的杀菌剂量才会被杀死。辐照强度越高,需要的照射时间就越短。但也要注意辐照强度也不能太低,至少要符合《消毒技术规范》的最低标准≥ 70μW/cm²。

如何正确地选购以及使用紫外线杀菌灯?
数据来源于 GB 15981-1995,例举了大肠杆菌和枯草杆菌的照射剂量

4、灯管:主要是石英灯管和高硼砂玻璃管。石英灯管的透过率达 90%以上,在点燃 2000~3000h 后透过率达 90%以上,在点燃 2000~3000 小时后,由于灯管的老化,紫外线强度只衰减到初始时的 70%~80%;高硼砂玻璃管的紫外线穿透率<50%,点灯数百小时后紫外线强度就大幅下降到初始时的 50%~70%。鉴于灰尘、污垢附着在灯管表面会阻碍紫外线的透过率,因此对于没在使用的灯管,应定期用酒精擦拭以保持灯管洁净。

5、寿命:根据GB/T 19258-2 012《紫外线杀菌灯》,单只灯的寿命指从开始用到烧毁或紫外线辐射通量(辐射功率)维持率下降到标准规定值的累积时间。其中平均寿命不低于 5000h,2000h 的辐射通量维持率不低于 85%,寿终时不低于 65%。寿命到达后需即使更换灯管才能保持杀菌效果。下表是初始紫外线辐射效率不应该低于的值。

如何正确地选购以及使用紫外线杀菌灯?
标准寿命对照辐射通量维持率—数据来源于 GB/T 19258-2 012《紫外线杀菌灯》

6、臭氧产出率:在规定条件下单位时间的臭氧产生量与灯消耗的功率之比。GB/T 19258-2 012《紫外线杀菌灯》规定无臭氧灯的初始臭氧产出率应低于 0.05 g/(kW·h),有臭氧的不低于标称值的 80%。一般情况下,臭氧消毒完成之后半个小时到一个小时之内就会还原成氧气,所以在半个小时到一个小时之后进入是没有问题的。 另外,臭氧发生器安全与卫生标准 GB 28232-2011还规定了对封闭室内空气消毒的浓度应≥20mg/m³,作用时间≥30min;对物体表面消毒的浓度≥60mg/m³,相对湿度≥70%,作用时间 60min~120min。


【理性选购参考篇】

绕了这么一大圈,终于回到主题了~啊哈,不容易啊。那么针对当前“防疫革命任未成功,同志仍需努力”的环境,我将从使用面积、消毒对象、使用习惯、干扰影响、价格比对等几个方面为大家介绍我是如何选购并使用的。

先总结一下【乏味原理科普篇】:

  • 紫外灯(低压汞灯)激发出主要波长为 254nm 和 185nm 的 UVC 紫外线,其中 254nm 的能够直接灭杀病毒和细菌,185nm 的产生臭氧灭杀病毒和细菌;
  • 辐照强度( μW/cm²)×照射时间(s)=杀菌剂量(μW·s/cm²),达到各个细菌和病毒的杀菌剂量后,细菌和病毒才能被杀死;
  • 紫外灯灯管采用石英管的比高硼砂玻璃管好,而且需经常用酒精擦拭不阻碍透光率;
  • 紫外灯使用一段时间后辐射强度会衰减,当寿命达到后需及时更换才能保证杀菌率。

1、紫外灯功率的选择

所谓北冥有鱼,其名为鲲。鲲之大,一锅炖不下~嘿嘿,这句话放在大大小小的紫外灯来说,可以从两个方面理解。紫外灯买的太大,放在小房间里就犹如牛刀杀鸡;房间太大,用小的紫外灯又无法全面覆盖。

因此,根据上文相关资料推荐,应该为每立方米的空间分配至少 1.5W 的紫外灯功率。也就是说我家里客厅应该配:面积(15

)×房高(3m)×1.5W=67.5W 的紫外灯;又如我家卫生间应配:面积(4.5

)×房高(2.5m)×1.5W=17W 的紫外灯。

当然,我们不可能给每个房间配置恰当功率的紫外灯,关键实(qian)力(bao)不允许啊。因此只要按照家庭或使用场景中最大的消毒杀菌的体积买就够用啦。

当然,功率越高价格也就越高。那么按照实际情况是否有必要按照 1.5W/m³去配置呢?个人觉得得看情况吧。

告诉你一个事实,其实日常中我们和细菌、病毒是共同生存的。只是在你抵抗力低下亦或者是致病微生物的毒力大于人体抵抗力时人才会生病。而且还能借着他们锻炼抵抗力不是。新冠疫情之前你看有多少人关注家庭消毒的,9 年义务教育灌输给我们的勤洗手、爱干净、讲卫生不也让我们跟细菌病毒手拉手度过了这么些年么。只不过这次新冠病毒就像是一个蛮横的叛逆期少年,打了我们一个措手不及。

正因为我们刚刚接触新冠病毒,还不了解它,所以我们就需要架好武器防备它。因此,明确我们本次买紫外灯的初心。对,就是抵抗新冠,消灭新冠。

  • 家里不经常来客人,那我只需要重点对接触频繁的区域进行消毒,也就是没必要按照 1.5W/m³去配置紫外灯。例如客厅的沙发茶几区域、厨房的操作台区域、餐厅的餐桌附近、卧室的床位区域、整个卫生间(本来也不大)、玄关放鞋区等进行紫外线照射消毒,至于其它接触频率较少例如电视机区域、卧室飘窗区域等也不需要太过关照,本来病毒脱离载体后过一段时间也会死,更何况平时多开窗通风晒太阳更能加快病毒的死亡。
  • 家里经常三五好友相聚一堂,高谈阔论,人生尽欢。那就得注意全方位的防护了,因为你某位知己好友说到得意之处时不慎喷出几个搭载着气溶胶的新冠小伙伴,乘着那股崩腾到海不复还的气势扶摇直上,立于电视之巅。所以听专家的话,用上 1.5W/m³吧。

2、在家带娃或与老人同居=无臭氧型紫外灯

  • 带娃或与老人同居,那么人在家呆着的时间不少。鉴于臭氧本身属于一种空气污染,臭氧的嗅阈值为 0.02mL/m³,如果浓度达到 0.1mL/m³时,就会刺激粘膜,浓度达到 2mL/m³时会引起中枢神经障碍。虽然一般情况下半个小时到一个小时之内就会还原成氧气,但对小孩和老人这类免疫系统不是很强的人群来说还是有一定风险。除非你能保证自己每次使用都乖乖出门一个小时或者给房间消毒时堵住门缝或给客厅消毒时呆在卧室并堵住门缝呆上一个小时。

3、家人都会上班=有臭氧型紫外灯

  • 家人都会上班,那么我们可以选择家人都离家后进行臭氧的消杀。回家后清清爽爽的岂不美哉。而且由于来客人导致致病微生物可能躲在一些角角落落。用携带臭氧功能的还能弥补紫外线只能直射的缺点呢。但是,根据臭氧发生器安全与卫生标准 GB 28232-2011规定的对封闭室内空气消毒的浓度应≥20mg/m³,作用时间≥30min;对物体表面消毒的浓度≥60mg/m³,相对湿度≥70%,作用时间 60min~120min 才能达到消毒效果,那么紫外灯产生的臭氧浓度是否能够满足消毒效果?又或者臭氧本来就是紫外灯的附加效果,只是弥补某些光线照射不到的区域。同时,将上述臭氧的嗅阈值 0.02mL/m³换算成 0.0428g/m³,就知道完成杀菌的浓度需要多高了吧。且不说紫外灯能否做到,在这样的浓度下人必须离场并等待还原。

4、给口罩杀菌=小型紫外灯

  • 在那个口罩匮乏的时期(当然现在产能充沛,祖国牛逼),口罩是像钻石一样珍贵的东西~猪肉怎么也想不到,快到年尾收官大作时被口罩给逆袭反超了。在一罩难求的时候,勤劳智慧的中国人民发挥了延绵上下五千年的传承文化,自己动手,消毒口罩,最大程度上环节物资匮乏的压力。就有这么一位知乎小哥,理论加实践帮咱们打了个样本,大家一起来看看吧~

紫外线灯能杀死新型冠状病毒吗?

帮大家总结一下内容就是:

  • 自制紫外消毒箱(封闭的箱子 + 功率不低的小型紫外灯);
  • 对照冠状病毒的灭杀剂量(2700μW·min/cm²),以紫外灯的辐照强度(μW·s/cm²)计算理论灭杀时间;
  • 对过程会产生臭氧的需放在通风处或人得在半个小时后进场;

以上对紧缺口罩物资得处理,在非常时间是值得借鉴得(当然现在没这个必要的,祖国牛逼)。但有一点需要注意的是,口罩能够阻隔细菌病毒主要是依靠中间那层熔喷纤维材质的静电吸附。中国化工协会就曾科普过一篇【科普】买不到口罩?这样处理可以重复使用!,即用电吹风机吹烘约 10 分钟吹干并荷电,或用普通电风扇吹口罩约 15 分钟,或用普通家用电子点火器对口罩进行全面覆盖的“电击”,通过口罩内部纤维的摩擦或外部放电等,使口罩材料重新荷电。但与熔喷布生产过程中的静电驻极技术有一定差距,仅限应急使用。跟紫外线消毒更配哦。虽然消毒了,但还得补点电才能发挥口罩的最佳作用。但还有一点需要注意的是,紫外线会加速口罩材质的高分子的光化学反应,老化速率加快,频繁用紫外线消毒是没用的。

今天查了波资料,掉了五根头发,容我补一补先。。。。(●ˇ∀ˇ●)

如何正确地选购以及使用紫外线杀菌灯?
图片截取优酷视频少林足球片段

【可以置信的结果】

我还能补补。。。。


声明:以上内容仅是本人选购产品的思路,仅做参考!!!另外欢迎专业人士对文字不正确处批评指正,有错必改!

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