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VDECGC專家講解：如何選購(gòu)紫外LED消毒產(chǎn)品
來(lái)源: | 作者:VDECGC | 發(fā)布時(shí)間: 2020-04-08 | 6682 次瀏覽 | 分享到:

新冠肺炎疫情讓“消毒”成為高頻詞匯，而紫外消毒作為一種被廣泛認(rèn)可的消毒殺菌方式，在公眾衛(wèi)生防護(hù)上的關(guān)注度也迅速攀升。

 

傳統(tǒng)的低壓汞蒸氣紫外燈雖然消毒效果良好，但存在體積較大、易碎有毒、產(chǎn)生臭氧等缺點(diǎn)，通常適用于無(wú)人封閉場(chǎng)所的消毒，應(yīng)用局限性較大。目前市面上已經(jīng)出現(xiàn)了多種便攜式紫外LED消毒產(chǎn)品，均聲稱可對(duì)物體表面進(jìn)行快速消毒。那它們的消毒效果如何？選購(gòu)時(shí)需要注意什么呢？

       

       今天，VDECGC專家通過(guò)理論分析和實(shí)際檢測(cè)來(lái)告訴大家。

        


紫外線的消毒效果

紫外線的消毒效果，主要取決于三個(gè)方面：輻射波長(zhǎng)（nm），輻射照度（μW/cm2）和輻照時(shí)間（s）。其中，后兩者的乘積又稱為輻照劑量（mJ//cm2）。

 

1. 輻射波長(zhǎng)

提到輻射波長(zhǎng)，相信大家對(duì)254 nm都不陌生。是的，傳統(tǒng)低壓汞蒸氣紫外燈的大部分輻射功率就集中在254 nm，并且其消毒效果良好。但大家千萬(wàn)不要誤以為，254 nm就是最佳的消毒波長(zhǎng)，非此不可。

 

      利用低壓汞蒸氣放電技術(shù)，只能夠得到254 nm和185 nm兩種波長(zhǎng)的紫外線，這是由激發(fā)態(tài)汞原子的電子躍遷能級(jí)所決定的，無(wú)法人為改變。于是，低壓汞燈的254 nm輻射就被用于消毒，而燈管玻殼若不經(jīng)特殊處理過(guò)濾掉185 nm輻射，臭氧也會(huì)隨之生成。

 

      那么，究竟哪個(gè)波段的紫外線能夠有效消毒，哪個(gè)波長(zhǎng)的消毒效果最好呢？由于不同種病原微生物之間存在較大差異，所以很難一概而論地說(shuō)，哪個(gè)波長(zhǎng)的消毒效果最好。但現(xiàn)有科研結(jié)果表明，240-300 nm范圍（殺菌效率曲線的-5dB帶寬）的紫外線具有較好的消毒效果，效果最佳的波長(zhǎng)可能在265 nm附近。下圖以大腸桿菌為例，給出了殺菌效率頻譜和低壓汞燈頻譜的對(duì)比。

來(lái)源：Wladyslaw Kowalski. (2009). Ultraviolet Germicidal Irradiation Handbook: UVGI for Air and Surface Disinfection. Springer


      下圖則是一款典型的UVC LED產(chǎn)品的頻譜與殺菌效率頻譜的對(duì)比。

 

來(lái)源：Wladyslaw Kowalski. (2009). Ultraviolet Germicidal Irradiation Handbook: UVGI for Air and Surface Disinfection. Springer

2. 輻射照度和輻照時(shí)間

輻射照度大小與被照射面到紫外輻射源的距離密切相關(guān)，隨著距離的增加，輻射照度會(huì)迅速地以距離平方反比的關(guān)系衰減。舉例來(lái)說(shuō)，如果距離紫外輻射源d處的輻射照度是E，那么距離2d處的輻射照度會(huì)銳減至E/4。


 

來(lái)源：Illuminating Engineering Society of North America. (2000). The IESNA Lighting Handbook (ed.9)

輻射照度與輻照時(shí)間的乘積即為輻射劑量。從上面輻射照度與距離的關(guān)系可知，要達(dá)到相同的消毒效果（即輻射劑量相同），輻照時(shí)間會(huì)迅速地以距離平方正比的關(guān)系延長(zhǎng)。舉例來(lái)說(shuō)，如果在距離紫外輻射源d處有效消毒需要T時(shí)間，那么距離2d處的有效消毒時(shí)間就會(huì)激增到4T。

3. 輻射劑量

上文提到的殺菌效率曲線，對(duì)應(yīng)著病原微生物的遺傳物質(zhì)（DNA或RNA）對(duì)紫外線的吸收效率曲線，一旦吸收的輻射劑量超過(guò)某個(gè)限度，病原微生物便會(huì)“爆體而亡”，這就是紫外消毒的原理所在。由于不同病原微生物具有各不相同的細(xì)胞壁、細(xì)胞膜或蛋白質(zhì)外殼等結(jié)構(gòu)保護(hù)其遺傳物質(zhì)，因此消滅他們所需的輻射劑量也不盡相同。現(xiàn)有科研結(jié)果表明，達(dá)到99.9%（失活對(duì)數(shù)值3）的消毒率，所需輻射劑量約在10-102 mJ/cm2數(shù)量級(jí)范圍。

 


來(lái)源：Beck, Sara & Ryu, Hodon & Boczek, Laura & Cashdollar, Jennifer & Jeanis, Kaitlyn & Rosenblum, James & Lawal, Oliver & Linden, Karl. (2016). Evaluating UV-C LED disinfection performance and investigating potential dual-wavelength synergy. Water Research. 109. 10.1016/j.watres.2016.11.024.

      有關(guān)輻射劑量的更多信息，可參考https://www.americanairandwater.com/uv-facts/uv-dosage.htm

VDECGC實(shí)例檢測(cè)

      1. 檢測(cè)設(shè)備

      傳統(tǒng)的紫外輻射照度計(jì)都是依據(jù)JJG 879來(lái)檢定，其特點(diǎn)是頻譜響應(yīng)特性與規(guī)定的峰值波長(zhǎng)一致（如下圖所示）。因此，其只適用于測(cè)量特定峰值波長(zhǎng)的輻射照度，例如已知低壓汞燈的峰值波長(zhǎng)為254 nm，則用C波段紫外輻照度計(jì)是能夠準(zhǔn)確測(cè)量其輻射照度的。


來(lái)源：JJG 879-2002《紫外輻射照度計(jì)檢定規(guī)程》

但是，新興的UVC LED或Deep UV LED產(chǎn)品，在檢測(cè)之前，其峰值波長(zhǎng)是未知的，并且絕大多數(shù)情況下都不會(huì)是254 nm。因此，再使用傳統(tǒng)的C波段紫外輻照度計(jì)就無(wú)法測(cè)得準(zhǔn)確的輻射照度了。這種情況下，必須使用紫外光譜輻射照度儀，先測(cè)得各個(gè)波長(zhǎng)下的輻射照度值，然后將有效波長(zhǎng)范圍內(nèi)的值累加計(jì)算得到總輻射照度值


 

VDECGC光生物實(shí)驗(yàn)室

   2. 檢測(cè)實(shí)例

我們此次檢測(cè)的UVC LED消毒產(chǎn)品非常小巧，通過(guò)Type C USB接口與手機(jī)連接即可工作。

 

該款產(chǎn)品實(shí)測(cè)峰值波長(zhǎng)是279 nm，且絕大部分紫外輻射落在240-300 nm的有效殺毒范圍內(nèi)。

 

此外，在距離該產(chǎn)品出光口面2mm、10mm和50mm處分別進(jìn)行測(cè)試，其240-300nm范圍內(nèi)的總輻射照度分別是1843.7 μW/cm2、522.8 μW/cm2和35.7μW/cm2。



以上檢測(cè)結(jié)果表明，如果要達(dá)到滅殺99.9%大腸桿菌的效果（輻射劑量10 mJ/cm2），在完全貼近消毒表面（2 mm）時(shí)約5秒即可；距離稍遠(yuǎn)（10 mm）時(shí)需要約20秒；而較遠(yuǎn)距離（50 mm）時(shí)則需要約4分半鐘了。

選購(gòu)和使用建議

VDECGC專家建議大家，選購(gòu)此類產(chǎn)品時(shí)：

1. 要了解清楚產(chǎn)品的波長(zhǎng)是否在240-300nm范圍內(nèi)；

2. 要注意制造商推薦的使用距離，如果實(shí)際使用距離大于推薦距離，則消毒時(shí)長(zhǎng)應(yīng)按距離平方倍數(shù)關(guān)系延長(zhǎng)；

3. 如果產(chǎn)品工作時(shí)紫外光源暴露在外的，那么務(wù)必盡量貼近消毒表面使用。這樣不但消毒效果更好，而且從消毒表面反射回來(lái)的紫外輻射會(huì)更好的被產(chǎn)品本身遮擋，人體受到傷害的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)更低。