紫外 灭菌理论.doc

C波段紫外线的灭菌作用 2003-8-15阅读次数: 80次b空气的湿度和灰尘对灭菌的影响空气中的水分子和尘埃均吸收紫外线，使紫外线的穿透能力减弱，减弱灭菌效果。如当空气相对湿度由25上升至75时，灭菌率由93.5降至76。又如：空气中灰尘含量达到800900粒cm3时，灭菌效果下降2030。因此，在湿度大，粉尘多的环境中采用紫外线灭菌时效果下降，要适当增加用灯数量。c空气的流动性对灭菌的影响空气的流动速度影响紫外线灭菌的效果。和空气静止时相比，空气流动速度加快，紫外灭菌效果减弱。由图3可以看出，在紫外灯功率相同，室温相同的条件下，室内空气静止时 (A) 比风速0.5ms时 (B) 灭菌率高。由图可以看出，在室温20时，空气静止时灭菌率为100，而风速0.5ms时灭菌率为90，在室温10时，空气静止时灭菌率为93，而风速0.5ms时灭菌率为58。因此，在空气流动性大的场所使用紫外灯灭菌时，如在向室内提供空气的通风管道内安装紫外灯灭菌时，要使紫外灯的功率与通风管道的空气流量相匹配，确保灭菌效果。室内安有通风机时，紫外灭菌时应关闭通风机，照射后再开启通风，能达到灭菌效果，又可排除紫外灯所产生的臭氧。d紫外线照射距离和时间对灭菌的影响当采用直管形线光源低压汞灯灭菌时，当照射距离1/2L ( L：低压汞灯的长度 )时，紫外辐射强度近似与距离成反比，即：当照射距离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：240uWmincm2；* 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0.1uWcm2：远紫外线(300200nm)照射强度不大于0.1uWcm2：臭氧安全标准为：不大于0.3mgm3；* 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：2Wm2；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)：1.52.0m2。紫外光源的辐射效应和测量方法一、概述辐射是一种基本的物理现象，是以电磁波或光子的形式发射或传播的一种特殊形态的能量。辐射作用于物质或生物，就会产生各种物理的、化学的或生物的效应，在科学及应用上有巨大的价值。紫外辐射就是波长范围约10400nm的光辐射。在这个波长范围内不同波长的紫外辐射有不同的效应，在研究和应用中，常把紫外辐射划分为：A波段（400320nm）；B波段（320280nm）；C波段（280200nm）；真空紫外波段(20010nm)。波长小于200nm的紫外辐射由于大气的吸收，所以在空气中不能传播。太阳的紫外辐射是人类接受的紫外辐射的主体，但是由于紫外线在大气传播中的衰减过程，真正照射到地球表面的紫外辐射量只占总辐射量比例的4%。因此在实际应用中，人造紫外光源就显得尤为重要。人造紫外辐射源解决了自然光源（太阳）在时间、空间上的不足。紫外线光源的开发和应用目前正处在一个高速发展时期，紫外光源的不断研制开发逐渐地填补各紫外线波段的光源品种空白，如光固化用的超高压紫外汞灯、254nm紫外杀菌灯、A波段紫外日光浴保健灯、B波段理疗灯等等。近几年，紫外线的应用发展更快，例如感光油漆、油墨等光敏材料的固化、照相制版、光刻、复印、皮肤病、内外科疾病治疗、杀菌消毒、保健、荧光分析等领域的应用都有了快速的发展。所以人类在防护紫外线伤害的同时又在开发和利用紫外线。紫外线光源的发展，使我们加深了对电光源的认识，除照明光源外，非照明用的功能性光源也有非常广阔的应用前景。对照明光源的评价，主要考虑与人眼的视觉特性相关的光度学和色度学参数。如光源的发光颜色色品坐标x、y，色温Tc，色纯度Pe，显色特性（显色指数Ra,R1R15），光通量，发光效率等参数，而对于非照明光源的光辐射参数的评价，则需根据具体的应用对象，考虑其生物辐射效应或材料的辐射效应。如紫外汞灯，从杀菌效果来评价，主要考虑其254nm的紫外辐射强度，越高越好。若从光固化角度来评价，则主要考虑365nm的紫外强度。若从对人体皮肤及眼睛的危害角度来评价，则需控制其在紫外波段的有效辐射量，尤其是254nm的紫外辐射强度。二、紫外线的生物效应紫外线的一个显著特点是它具有生物效应，是指当紫外线照射人体或生物体后，使唤人体或生物体发生生理上的变化。例如紫外线照射人体后，使皮肤产生色素沉着，皮肤变黑。又如细菌体经短波紫外线照射后很快死亡。又如人体经一定波长的紫外线照射后抗病能力加强，皮肤再生力加强，毛发生长速度加快等。所有这些都是紫外线物效应的一些实例。1)杀菌效应短波紫外线对微生物的破坏力很强，当波长在200nm300nm的紫外线照射到细菌体后，细胞的核蛋白和核糖核酸(DNA)强烈的吸收该波段的能量，从而把它们之间的链被打开，因此细菌死亡。紫外线杀菌效果最强的波长为250nm280nm，杀菌作用的阈曝辐射量平均值为0.35Jm-2465Jm-2。最大灵敏度波长265nm。表1是紫外线不同照射剂量时的灭菌率。从表中清楚地看出，对于不同的细菌要达至同一灭菌率，所需的紫外线剂量相差甚大。例如酵母菌要达到90100%的灭菌率时，则需要紫外线剂量为14,700mws/cm2。而大肠杆菌则只需1,550mws/cm2，二者相差十倍。表1 紫外线不同照射剂量时的灭菌率菌种紫外线照射剂量（mws/cm2）紫外线波长（nm）灭菌率（）大肠杆菌31015005003500254254270270110991002080金黄色葡萄球菌440367026526511090100绿浓杆菌294440026526511090100酵母菌25701470026526511099100巨大杆菌39029002542542080霍乱菌4502651102)紫外红斑效应在紫外线辐照下皮肤所发生的急性发红的症状。对神经、内分泌及循环系统等都可以起到良发的作用。该阈曝辐射量平均值为300Jm-2500Jm-2。最大灵敏度波长297nm。一定剂量的保健紫外线照射到人的皮肤后，经一定的潜伏期，皮肤会出现红斑反应，即出现有明显界线的红色斑痕，这是由于紫外线照射使皮肤表层细胞分解产生组织胺等物质所引起的毛细管扩张造成的，它同内分泌系统，神经系统和体液等均有关系。紫外线的红斑反应有两个最敏感的波长区，即波长为297nm和254nm的紫外线对人的皮肤最易造成红斑，所以当紫外线的剂量一定时，红斑反应与紫外线的波长有密切关系。3）直接色素沉着效应波长在320nm400nm紫外线的生物作用较弱，但它对人体照射后使皮肤发黑，皮肤有明显的色素沉着作用，这就叫紫外线的黑斑效应。该波段的紫外线强烈地刺激皮肤，使皮肤新陈代谢加快、皮肤生长力强和使皮肤加厚。因此该波段紫外线是治疗许多皮肤病的重要波段，像牛皮癣（银屑病）、白癜风等疾病，就是用该波段紫外线治疗的。人工皮肤着色，其黑色就是利用紫外线的黑斑效应造成的。皮肤被辐照后立即会产生色素沉着而引起红斑。它与产生紫外红斑的二次（间接）色素沉着不同，有较宽的作用相对光谱。该阈曝辐射量平均值为100000Jm-2。最大灵敏度波长340nm。4)胆红素离解效应胆红素由于被辐照而分解成无水离解物。最大灵敏度波长460nm。该生物作用效应主要运用在治疗小儿黄胆病（新生儿溶血病）。利用光化学作用，使胆红素分解，而分解后的产物是无毒的，胆红素最大吸收波长在440nm，当胆红素遇到440nm的蓝光后被分解，分解后就变为无毒的产物，所以治疗小儿黄胆的光谱一般用紫蓝光最好。即390nm490nm波长的光照射治疗效果最好，其光谱峰值在430440nm。过去也有用长波紫外线加可见光进行照射，如长弧高压汞灯，但疗效不如用紫蓝光好（波峰在440nm）。目前的治疗光源是辐射390nm490nm的荧光灯。照射剂量一般要求在1.5mw/cm2左右，常用610只40w的蓝紫荧光灯并排为一组，装于小车顶端，装有治疗荧光灯的小车可以移动，治疗时把小车骑放于患儿床上，被治疗婴儿的眼睛用布包住，全身裸露，患病轻的病儿一般照射612小时即可见效。三、光生物学安全电光源给我们人类带来了巨大的益处，而且与我们每天的工作、生活息息相关。同时，随着光源和照明工程的迅速发展，光的安全性越来越受到人们的重视。例如光污染、光致白内障、光致皮肤癌、光致角膜炎、光致免疫功能变化等等。因此我们在发展高效、高强度光源的同时，还应该考虑光源和照明系统的安全性，注意合理、正确、有效地应用各种光源。因此，国际照明委员会（CIE）于2002年发布了有关“灯和灯系统的生物安全性”的标准性文件。对于光辐射，尤其是紫外线和兰紫光可能引起的皮膜、眼睛的危害作了相应的规定和说明。中国照明学会光生物学和光化学专业委员会于2001年就开始组织国内有关专家对该文件的内容开展了相应的研究。2002年9月在北京召开的第66届IEC大会上，IEC技术小组（TC34）将CIE的文件（CIES009/E）作为重要的内容开展讨论，并将它引入作为IEC标准的一部分。因此，今后对光源的紫外辐射及光生物有效辐射量将作为一项重要的指标进行考核。1、皮肤和眼睛的光化学紫外危害曝辐限对没有采取保护措施的皮肤和眼睛的紫外辐射的曝辐限适用于照射时间在8小时以内的情况。有效辐射照射的曝辐限为30Jm-2。为了确定由宽波段光源产生的有效紫外辐射照度Es，光源光谱辐射与光化学紫外危害函数Suv(k)加权后的积分不应当超过下式所定义的水平。Est= Jm-2其中：E(,t)：辐照度，单位是Wm-2nm-1 ， SUV()：光化学紫外危害加权函数：波长带宽，单位是nm， T：辐照时间，单位是秒光化学危害函数SUV()如图1所示。皮肤和眼睛在没有保护的情况下，允许在紫外辐射下照射的时间由下面的公式确定：tmax=其中：tmax：是允放紫外照射的时间，单位是秒；Es：是有效紫外辐射照度，单位是Wm-2。 图1 皮肤和眼睛光化学紫外危害的光谱加权函数SUV()2、眼睛的近紫外危害曝辐限光谱范围在315nm到400nm（UV-A）之间的光辐射对眼睛的总的辐射照度，在时间少于1000秒的情况下将不能超过10000Jm-2；在时间大于1000秒（大约16分钟）的情况下，对没有保护措施的眼睛的UV-A波段辐照度EUVA不应该超过10Wm-2。这些规则可以表示如下：EUVAt= Jm-2 (t1000s)EUVA Wm-2 (t1000s)其中：E(,t)：辐照度，单位是Wm-2nm-1，：波长带宽，单位为nm t：辐照时间，单位为秒对无保护措施的眼睛的小于1000秒的紫外照射允许时间由下面的公式计算：tmax=s四、紫外辐射量及其光生物辐射量的测量紫外光是人眼看不到的紫外光，凭借人眼的自我感觉是无法判断紫外光源的某些物理参数的，所以必须借助测试仪器才能给出紫外光源的光参数。紫外线光源是一种功能性光源，因此，要评价紫外光源性能优劣，必须结合其应用情况。目前常用的紫外光源性能参数有紫外辐射照度和紫外辐射功率两种。在积分球内测量紫外辐射功率，由于涂层的紫外吸收及荧光等影响，一般用在光源辐射方向一米距离上测量紫外辐射照度来表示，然后再通过计算得到等效的紫外辐射功率。紫外辐射照度参数有下列几种表示方法。1）辐射照度它是所考虑的波长范围（12）中每一波长带宽内的光谱辐射照度的累积，即。2）紫外全辐射照度它是指在紫外波段200nm400nm范围内的各个波长带宽内的光谱辐射照度的累积，即紫外全辐射照度包含了A（320nm400nm）、B（280nm320nm）、C（200nm280nm）三个波段的紫外辐射照度。3）UVA、UVB、UVC紫外辐照度它是指波长范围为A波段320nm400nm、B波段280nm320nm、C波段200nm280nm带宽内的光谱辐射照度的累积。4）有效紫外辐射照度它是指在紫外波段200nm400nm范围内的光谱辐射照度乘以紫外辐射作用函数的累积，即S（）是