硬知識(shí)！紫外光應(yīng)用及殺菌原理和UVC LED應(yīng)用簡(jiǎn)析

在2019年與2020年交替之際，“新冠病毒”帶來(lái)的疫情導(dǎo)致全國(guó)甚至海外部分國(guó)家擴(kuò)散，從去年12月發(fā)現(xiàn)病毒至今，人們對(duì)抗病毒的物資需求從最初的口罩到消毒酒精，而現(xiàn)在許多人把目光焦點(diǎn)都放在了LED消毒燈等燈具上，那么小編也帶大家簡(jiǎn)單了解紫外光與深紫外LED燈具應(yīng)用的知識(shí)。

紫外線劑量在滅菌過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。在紫外劑量充足的條件下，失活的病毒細(xì)菌不會(huì)復(fù)活，但劑量不足時(shí)，許多被紫外線照射失活的病毒細(xì)菌可通過(guò)光的協(xié)助作用修復(fù)自身被破壞的結(jié)構(gòu)。

紫外光應(yīng)用及殺菌原理

按照波長(zhǎng)，紫外(Ultra Violet，UV)光通常分為UVA（315nm-400nm）、UVB（280nm-315nm）、UVC（200nm-280nm）。其中波長(zhǎng)UVC波段又稱為“日盲”波段，由于大氣中臭氧的強(qiáng)烈吸收，在近地太陽(yáng)光譜中幾乎不含有該波段紫外光。UVC主要應(yīng)用主要包括水/空氣/表面的消毒/凈化、分析儀器（分光光度法、液相色譜、氣相色譜等），礦物分析。UVC波段波長(zhǎng)短，能量高，短時(shí)間內(nèi)破壞微生物機(jī)體(細(xì)菌、病毒等病原體)細(xì)胞中分子結(jié)構(gòu)，通過(guò)破壞微生物的DNA和RNA阻止其繁殖，可以實(shí)現(xiàn)高效快速的廣譜殺菌效果，從而對(duì)水、空氣和物體表面進(jìn)行殺菌消毒，使細(xì)胞無(wú)法再生，因此廣泛應(yīng)用于如水、空氣等的殺菌消毒。數(shù)據(jù)顯示，僅以30mW／cm２的UVC紫外輻照強(qiáng)度，一秒鐘即可對(duì)絕大部分細(xì)菌實(shí)現(xiàn)近乎100%的殺滅，效果非常顯著，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域。在個(gè)人健康和家庭衛(wèi)生領(lǐng)域，紫外光可用于水杯碗筷消毒、空氣凈化除菌、殺滅瞞蟲、鞋襪殺菌除臭、嬰兒奶瓶消毒等，用武之地簡(jiǎn)直不可勝數(shù)。

紫外殺菌效果

根據(jù)微生物種類不同，紫外殺菌時(shí)間和劑量也各不相同。不同的細(xì)菌種類對(duì)紫外線的吸收峰值不同。如 DNA、大腸桿菌的最大吸收波長(zhǎng)均為265nm，而隱孢子菌、噬菌體的最大吸收波長(zhǎng)分別為261nm和271nm。因此所需的殺菌時(shí)間也應(yīng)有所不同。當(dāng)紫外輻射強(qiáng)度為3×104μW/cm2時(shí)，殺滅病毒及細(xì)菌、霉菌孢子、藻類 細(xì)菌所需時(shí)間分別為0.1～1.0s，1.0～8.0s，5.0～40.0s。根據(jù)中國(guó)疾病預(yù)防控制中心病毒病預(yù)防控制所專家董小平研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)度大于90 μW/cm2的UVC照射冠狀病毒，30分鐘就可以殺滅SARS病毒。紫外線劑量在滅菌過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。紫外劑量可以表示為紫外線強(qiáng)度與照射時(shí)間的乘積。在紫外劑量充足的條件下，失活的病毒細(xì)菌不會(huì)復(fù)活，但劑量不足時(shí)，許多被紫外線照射失活的病毒細(xì)菌可通過(guò)光的協(xié)助作用修復(fù)自身被破壞的結(jié)構(gòu)。在紫外劑量相同時(shí)，可采用高強(qiáng)度、短時(shí)間或低強(qiáng)度、長(zhǎng)時(shí)間的照射方式，以達(dá)到殺菌目的。殺滅1×104 個(gè)/mL的螺旋桿菌，所需紫外劑量30 mJ/cm2左右，而殺滅同樣數(shù)量的孢子，則需要70 mJ/cm2 左右的紫外劑量。

常用紫外線殺菌照射劑量情況

UVC LED應(yīng)用簡(jiǎn)析

深紫外LED憑借安全、環(huán)保、小巧、高效、低耗等諸多優(yōu)勢(shì)，逐漸被市場(chǎng)認(rèn)可，現(xiàn)已初步應(yīng)用于水處理，空氣殺菌，食物保鮮等領(lǐng)域。

一、深紫外LED市場(chǎng)

深紫外LED憑借安全、環(huán)保、小巧、高效、低耗等性能優(yōu)勢(shì)被市場(chǎng)認(rèn)可，在凈水器、母嬰產(chǎn)品、空調(diào)、冰箱及其他高端消費(fèi)品等領(lǐng)域均已見(jiàn)端倪。深紫外線殺菌消毒原理是深紫外線能破壞微生物體內(nèi)遺傳物質(zhì)DNA或者RNA分子結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)菌無(wú)法繁殖甚至失活，從而達(dá)到殺菌消毒的目的，根據(jù)BIS Research Analysis數(shù)據(jù)，至2023年，UVC的市場(chǎng)規(guī)模將在2023年接近5億美元，年均增幅達(dá)到41.9%。衡量滅菌效率的主要參數(shù)是細(xì)菌接受到的照射劑量（照射劑量(mJ/cm2) =照射時(shí)間（s）*深紫外線輻照強(qiáng)度(mW/cm2)），照射劑量越大，消毒效率越高。

二、深紫外LED殺菌優(yōu)勢(shì)

相比于其他殺菌方法如加氯法、臭氧法及紫外汞燈殺菌法，深紫外LED殺菌有諸多優(yōu)勢(shì)：

高效殺菌性，深紫外LED所發(fā)出的UVC段紫外光對(duì)細(xì)菌、病毒殺滅作用一般在幾秒以內(nèi)，傳統(tǒng)水殺菌方法如氯化物以及臭氧等方法，達(dá)到深紫外殺菌效率一般需要20分鐘至1小時(shí)；

廣泛殺菌性，由于細(xì)菌、病毒抗原體等微生物對(duì)紫外光不具有可抗性，因此深紫外光對(duì)幾乎所有細(xì)菌和病毒都能高效率殺滅，并且深紫外 LED 殺菌技術(shù)，還能在一定程度上抑制一些較高等的水生生物生長(zhǎng)，如藻類、紅蟲、草履蟲等；

安全環(huán)保（不含汞），深紫外LED器件相對(duì)于目前市場(chǎng)上的汞激發(fā)紫外燈最明顯優(yōu)勢(shì)在于其殺菌光源不含汞，而汞是一種重金屬物質(zhì)，俗稱水銀，汞在常溫下即可蒸發(fā)，汞蒸氣和汞化合物有劇毒（慢性），傳統(tǒng)紫外汞燈殺菌燈在殺菌過(guò)程中，一旦燈管破裂，將引起嚴(yán)重的水質(zhì)污染，而深紫外LED器件是一種安全可靠的裝置，不含重金屬，操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行安全可靠；

節(jié)能、壽命長(zhǎng)、維護(hù)成本低，深紫外LED殺菌器正逐漸取代市場(chǎng)上普遍的汞燈紫外殺菌器，重要原因之一是紫外LED功耗較低，十分節(jié)能，深紫外LED功率大約是汞燈十分之一，這一比率大大節(jié)省了成本；

體積小、設(shè)計(jì)靈活、安裝方便，深紫外LED器件，體積小，其殺菌裝置設(shè)計(jì)靈活，可以應(yīng)用在傳統(tǒng)紫外汞燈無(wú)法應(yīng)用的狹小空間。

三、深紫外LED應(yīng)用

深紫外LED產(chǎn)品以其諸多優(yōu)勢(shì)，逐漸在市場(chǎng)上被認(rèn)可，現(xiàn)已被初步應(yīng)用于水處理，空氣殺菌，食物保鮮等領(lǐng)域。

UVC消毒/凈化應(yīng)用的典型UV劑量要求：

（一）水處理消毒凈化

1、靜態(tài)水照射

根據(jù)公式：照射劑量(mJ/cm2)  =照射時(shí)間（s）*深紫外線輻射強(qiáng)度(mW/cm2)可知，紫外線殺菌效率與細(xì)菌接受到的紫外線照射劑量有關(guān)。在靜態(tài)水照射中，可以有兩種方式來(lái)提高深紫外LED殺菌效率：1）提高照射時(shí)間；2）提高深紫外LED照射強(qiáng)度。在深紫外 LED 光功率不變情況下，延長(zhǎng)照射時(shí)間，可以提高其殺菌率。殺菌時(shí)間一定時(shí)，當(dāng)深紫外LED輸入電流越大，光功率越大，其輻射能量越大，細(xì)菌接受紫外線的輻照量也越大，故殺菌率越高。同時(shí)對(duì)于輸入電流一定的深紫外LED而言，延長(zhǎng)照射時(shí)間，也可以增加其總輻射能量，細(xì)菌接受到的總輻照量越大，故殺菌率越高。

2、動(dòng)態(tài)水照射

對(duì)于動(dòng)態(tài)水殺菌而言，深紫外LED對(duì)動(dòng)態(tài)水照射過(guò)程中，其照射時(shí)間是由水流量大小來(lái)決定的。在深紫外線強(qiáng)度一定的情況下，其水流量越大，照射時(shí)間就越小，細(xì)菌接受的照射劑量就越低，殺菌效果就越差。原因在于水流速度越快，細(xì)菌接受深紫外線輻照時(shí)間越少，導(dǎo)致細(xì)菌接受深紫外線劑量低，故殺菌效率降低。

（二）空氣凈化

深紫外LED作為新一代綠色光源，以其特有的安全、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，為空氣凈化提供了一個(gè)有效解決方案。深紫外LED空氣殺菌消毒處理系統(tǒng)也可用于任何需要清新、新鮮空氣設(shè)備上，如空氣凈化器、冰箱等。沒(méi)有深紫外LED殺菌模塊的冰箱，其細(xì)菌自然衰減率為 30%，而含有深紫外LED殺菌模塊的冰箱，其細(xì)菌衰減率達(dá)到了 85%，這也很好證明了深紫外LED殺菌效果，使冰箱冷藏室空氣細(xì)菌含量維持在低水平，更大程度提升了冰箱的保鮮能力。

（三）食物保鮮

根據(jù)知網(wǎng)文獻(xiàn)資料顯示，在食物保鮮方面，深紫外LED展示了其卓越特性，在不用其他化學(xué)試劑情況下，僅憑一顆深紫外LED，在常溫下可以將新鮮蔬果保鮮能力提升10-20倍，更大程度減少了因腐爛而造成的損失。

看了這些，你對(duì)紫外光有一定的了解和認(rèn)識(shí)了嗎？疫情當(dāng)前，我們避免不了因信息不透明和信息源過(guò)多帶來(lái)的混亂信息，許多朋友會(huì)“病急亂投醫(yī)”，盲目購(gòu)買哄搶消毒燈具用品，導(dǎo)致物資緊缺不能正常供應(yīng)和物價(jià)不合理上升，我們這些幸運(yùn)沒(méi)有被感染的普通人，能做到的就是保持理智，不散播恐慌和謠言。盡力支持協(xié)助國(guó)家遏止疫情擴(kuò)散，盡早消滅“新冠病毒”，中國(guó)加油！