c波段紫外线的灭菌作用

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 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，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，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