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可的消毒殺菌方式,在公眾衛(wèi)生防護上的關(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,通常適用于無人封閉場所的消毒,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,均聲稱可對物體表面進行快速消毒。那它們的消毒效果如何?選購時需要注意什么呢?
今天,VDECGC專家通過理論分析和實際檢測來告訴大家。
紫外線的消毒效果
紫外線的消毒效果,主要取決于三個方面:輻射波長(nm),輻射照度(μW/cm2)和輻照時間(s)。其中,后兩者的乘積又稱為輻照劑量(mJ//cm2)。
1. 輻射波長
提到輻射波長,相信大家對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。但大家千萬不要誤以為,254 nm就是最佳的消毒波長,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兩種波長的紫外線,這是由激發(fā)態(tài)汞原子的電子躍遷能級所決定的,無法人為改變。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)特殊處理過濾掉185 nm輻射,臭氧也會隨之生成。
那么,究竟哪個波段的紫外線能夠有效消毒,哪個波長的消毒效果最好呢?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,哪個波長的消毒效果最好。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比。
來源: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比。
來源:Wladyslaw Kowalski. (2009). Ultraviolet Germicidal Irradiation Handbook: UVGI for Air and Surface Disinfection. Springer
2. 輻射照度和輻照時間
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,輻射照度會迅速地以距離平方反比的關(guān)系衰減。舉例來說,如果距離紫外輻射源d處的輻射照度是E,那么距離2d處的輻射照度會銳減至E/4。
來源:Illuminating Engineering Society of North America. (2000). The IESNA Lighting Handbook (ed.9)
輻射照度與輻照時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,要達到相同的消毒效果(即輻射劑量相同),輻照時間會迅速地以距離平方正比的關(guān)系延長。舉例來說,如果在距離紫外輻射源d處有效消毒需要T時間,那么距離2d處的有效消毒時間就會激增到4T。
3. 輻射劑量
上文提到的殺菌效率曲線,對應(yīng)著病原微生物的遺傳物質(zhì)(DNA或RNA)對紫外線的吸收效率曲線,一旦吸收的輻射劑量超過某個限度,病原微生物便會“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胞壁、細胞膜或蛋白質(zhì)外殼等結(jié)構(gòu)保護其遺傳物質(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,達到99.9%(失活對數(shù)值3)的消毒率,所需輻射劑量約在10-102 mJ/cm2數(shù)量級范圍。
來源: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實例檢測
1. 檢測設(shè)備
傳統(tǒng)的紫外輻射照度計都是依據(jù)JJG 879來檢定,其特點是頻譜響應(yīng)特性與規(guī)定的峰值波長一致(如下圖所示)。因此,其只適用于測量特定峰值波長的輻射照度,例如已知低壓汞燈的峰值波長為254 nm,則用C波段紫外輻照度計是能夠準確測量其輻射照度的。
來源:JJG 879-2002《紫外輻射照度計檢定規(guī)程》
但是,新興的UVC LED或Deep UV LED產(chǎn)品,在檢測之前,其峰值波長是未知的,并且絕大多數(shù)情況下都不會是254 nm。因此,再使用傳統(tǒng)的C波段紫外輻照度計就無法測得準確的輻射照度了。這種情況下,必須使用紫外光譜輻射照度儀,先測得各個波長下的輻射照度值,然后將有效波長范圍內(nèi)的值累加計算得到總輻射照度值
VDECGC光生物實驗室
2. 檢測實例
我們此次檢測的UVC LED消毒產(chǎn)品非常小巧,通過Type C USB接口與手機連接即可工作。
該款產(chǎn)品實測峰值波長是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處分別進行測試,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。
以上檢測結(jié)果表明,如果要達到滅殺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)時約5秒即可;距離稍遠(10 mm)時需要約20秒;而較遠距離(50 mm)時則需要約4分半鐘了。
選購和使用建議
VDECGC專家建議大家,選購此類產(chǎn)品時:
1. 要了解清楚產(chǎn)品的波長是否在240-300nm范圍內(nèi);
2. 要注意制造商推薦的使用距離,如果實際使用距離大于推薦距離,則消毒時長應(yīng)按距離平方倍數(shù)關(guān)系延長;
3. 如果產(chǎn)品工作時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的紫外輻射會更好的被產(chǎn)品本身遮擋,人體受到傷害的風(fēng)險就會更低。