紫外线消毒技术的研究现状及发展趋势探讨
杨国坤 刘娣
摘要：随着人们健康意识的不断提高，消毒已经成为家居日常工作之一，新型冠状病毒的出现使各大公共场所的消毒工作也成为清洁工作中的日常内容。传统的消毒方式包括酒精消毒、消毒剂消毒等，但部分消毒工具具有刺激性，气味较大，不利于全面推广，紫外线消毒从众多消毒方式中脱颖而出。本文从紫外线消毒研究的重要意义、紫外线消毒技术的研究现状以及紫外线消毒技术的发展趋势三方面对紫外线消毒进行系统的研究与探讨，明确紫外线消毒技术的发展方向。
关键词：紫外线消毒技术;消毒技术研究;紫外线技术发展趋势
目前紫外线消毒技术已经普遍被应用于家居消毒、物品消毒以及水消毒中，不仅操作简单而且能够重复使用，紫外线消毒主要是通过特定波长下的紫外线破坏细菌病毒等微生物的脱氧核糖核算（DNA）以及核糖核酸（RNA）的分子结构，造成微生物的死亡，并抑制微生物的复制再生。紫外线消毒技术的应用已经由来已久，现阶段的紫外线技术发展在取得一定成果并得到普遍应用的同时，需要进一步进行创新发展。目前，针对污水的紫外线消毒研究还较少，紫外线消毒的应用还存在巨大的空间。要确保对紫外线消毒技术的充分应用，还需要根据紫外线消毒技术的特性，对其进行深入的研究与探索。
1紫外线消毒技术研究的重要意义
紫外线消毒技术是建立在现代防疫学基础上，结合医学以及光动力学的一种现代化的先进消毒技术，紫外线消毒不仅具有高效性，而且由于成本较低能够得到普遍应用。在传统的物理消毒法中，高温消毒法、煮沸消毒法等都对消毒环境要求较高，难以得到广泛应用，而化学消毒法存在的弊端较多，具有一定的副作用，容易造成二次污染。但是采用紫外线消毒法不仅对环境的影响较小，而且在对水进行消毒时，不会增加水中杂质，不会改变水的基本形状。在对空气进行消毒时，没有异味，强度极大，能够杀灭的细菌病毒种类较多，属于物理消毒的新方式。紫外线消毒技术不会造成二次污染，并且不存在抗药性问题，属于完全环保的消毒方式[1]。
紫外线消毒的应用成本较低，造价较低，使用寿命主要取决于紫外线设备。尽管紫外线消毒技术存在诸多优势，但是目前还没有得到大范围的应用，通过紫外线技术的研究，能够不断扩大紫外线消毒技术的应用范围，提高紫外线消毒水平，促进消毒产业的发展，目前LED紫外线灯的出现，就是紫外线消毒技术提升下的产物，不仅灯的寿命更长，波长更加多样化，且与消毒效率更好，在工程运用上的研究已经展开，紫外线消毒技术的研究前景一片大好。
2紫外线消毒技术的研究现状
2.1 传统紫外线消毒
在早期的紫外线消毒中，由于紫外线辐射的过程中可能产生臭氧会对人体造成伤害，进而造成早期的紫外线消毒技术中意外事故的发生率较高[2]。紫外线能够穿透皮肤破坏人体的DNA，进而引发细胞癌，而由于紫外线具有无色无味的特点，在进行紫外线照射时不容易引起人的察觉，易造成意外风险的发生。而传统的紫外线消毒主要方式靠人工进行，不仅操作方式繁琐，且在操作过程中很可能造成遗漏，消毒效果缺少保障，由于缺少相应的检测管理，造成紫外线的消毒情况难以掌握。
2.2 低压汞灯消毒
2.2.1 低压汞灯消毒的特点
低压汞灯消毒是紫外线消毒中的一种，这种灯管光强较低，存在光固化速度较慢的情况，但是由于发热量较小，无需进行长时间的冷却，因此因公范围也比较广泛，尤其在印刷制版上。主要工作原理是汞蒸气压为1.3～13 Pa时，汞灯波长为253.7 nm，在紫外线的波长区域内，运用紫外线技术可进行杀毒。汞灯主要应用范围按照消毒对象性质劃分主要包括表面消毒、水消毒、空气消毒灯，在表面消毒中，运用低压汞灯可以在一秒钟内将照射范围内的细菌全部灭火，但是消毒范围主要为不耐热物体，包括儿童玩具、不耐热工艺品、部分电子元件等，低压汞灯消毒成本较低，能够得到普遍应用，在肉食品以及果蔬消毒中也可以使用[3]。
在空气消毒方面，紫外线消毒技术的应用已经具有较长历史，在医疗场所悬挂紫外线消毒灯已经得到广泛应用。在医院之后，视频加工无菌车间等相继采用紫外线消毒技术，采用消毒盒或消毒机的方式进行消毒。但是低压汞灯消毒存在一定的缺点，汞灯材质较为脆弱，一旦破碎释放出汞蒸气，将造成严重影响，因此应用低压汞灯进行消毒对于环境有一定的要求。汞灯波长较为固定，而微生物之间对紫外线的抵抗能力不同，难以达到对不同微生物的统一灭绝。
2.2.2 低压汞灯在水消毒方面与氯消毒的对比
在水消毒方面，与传统的氯消毒相比，二者都不会对水的性状产生影响，但是在具体运用上，低压汞灯消毒具备一定的优势。在传统的氯消毒中，氯消毒在一定程度上能够引发二次污染，并且对于贾第鞭毛虫灯具有耐氯性质的微生物消毒效果不佳，并且氯消毒具有一定的毒副作用，容易引起部分人群的过敏。而低压汞灯消毒应用紫外线消毒技术，通过破坏微生物的脱氧核糖核酸（DNA）以及核糖核酸（RNA），能够有效实现无差别灭菌，不会引发二次污染。并且在运用成本上远远低于氯消毒。在水消毒上紫外线消毒技术已经得到正式应用，其效果得到业界广泛好评。
2.3 LED紫外线消毒灯
2.3.1 LED紫外线消毒灯的特点
与传统的紫外线消毒灯相比，LED紫外线消毒灯更加节能环保，体积较小，寿命更长，并且现阶段的LED紫外线消毒灯的波长可以进行调整，进而充分应对微生物对不同波长的抵抗能力。有研究表明，在通量效率为265 nm时对大肠杆菌的消毒效果最佳。在空气消毒方面，LED紫外线消毒灯的消毒效果对于真菌细菌较强，对病毒次之。LED 在外线消毒灯由于体积较小，具有智能操作功能，能够定时进行消毒，遥控进行消毒，在家居消毒、母婴用品消毒方面得到了普遍应用，但是在大规模应用方面还在进一步进行研究[3]。
2.3.2 脉冲LED紫外线消毒技术
在紫外线消毒中，脉冲紫外线技术应用较广，脉冲紫外线技术主要应用于氙灯消毒上，通过脉冲进行消毒能够有效提升消毒效率，但是脉冲氙灯存在明显的缺陷，即消毒灯体积较大，且耐用性差、寿命较短，LED紫外线消毒技术由于LED灯于氙灯体积结构灯都具有较大的差异性，因此在脉冲消毒效果上也存在一定的差异性。通过光化学法对LED紫外线灯进行连续消毒与脉冲消毒效果测试，发现二者之间的差异性较小，通过对示波器观察能够发现，紫外线脉冲消毒中，在消毒过程中会出现尖峰脉冲效果，这一现象能够解释二者之间通过光化学法进行比对存差异较小的原因，即在占比计算中，紫外线计量引发的二者在光化学法对比下差距较小，但是按照占比计算，LED的脉冲消毒方式能够有效降低热量释放，电池消耗，并延长使用寿命[4]。脉冲技术的进一步研究对于LED消毒技术的发展具有重要意义。
2.3.3 LED紫外线消毒技术对波长的研究
在波长研究方面，以往单一波长照射存在一定的弊端，多波长同时照射成为紫外线技术研究的重点之一。通过多波长同时照射，不仅能够提升照射效率，实现对不同细菌病毒的同时消杀，而且能够节省时间、减少能耗。经过研究发现，采用不同波长协同照射的方式与单一照射相比能够发挥出更好的效果，通过破坏细菌以及微生物的蛋白质结构，以及酶结构等，能够有效抑制细菌脱氧核糖核酸（DNA）的修复。在针对污水的消杀实验研究中，对于组合波长的效果研究已经取得一定的成功，如波长280 nm与365 nm的组合能够有效实现对嗜温细菌的消杀，采用265 nm与365 nm的组合能够有效实现对大肠杆菌MS2的消杀。组合消杀也成为紫外线杀毒的重要研究方向之一。
2.4 长紫外线研究
在传统的紫外线消毒技术中，最大的应用弊端即紫外线消毒对于人体存在危害，如何实现在不伤害人体的情况下对病毒的消杀成为紫外线消毒技术的重要研究课题之一[4]。经过一系列的研究，部分远紫外线能够达到在不穿透人体角质层以及皮肤的情况下，实现对病毒的灭火。有研究以小白鼠为实验，在222 nm的波长下对小白鼠进行照射，小白鼠皮肤及视网膜灯未发现损伤，对长紫外线不会穿透人体皮肤及视网膜进行了佐证。这一实验及技术得到广泛关注，如能进行有效应用，则可以在人的皮肤灯发生破损时，在微生物进入伤口前对伤口进行灭活消毒，有效降低感染发生率，且可以在公共场合进行大范围应用，有效降低由于人群密集造成细菌及病毒交叉感染发生率。
3紫外线消毒技术的发展趋势
3.1 紫外线消毒技术的智能化、高端化
e消毒是时代背景下的智能化紫外线消毒方式，通过紫外线消毒的智能化，采用物联网芯片技术，建立消毒管控系统，通过智能管控方式，能够实现对紫外线消毒设备的操作，如遥控操作。采用人体感应机制，当消毒范围内有人出现时智能关闭消毒状态。并且可以定时进行自动消毒。有效解决了消毒需要满足一定条件、需要防治意外伤害等一系列问题。并且能够随着信息技术的不断更新，实现系统的升级。
e消毒还具有语音播报功能，能够对口令指示灯做出反馈，使用方式更加便捷在消毒范围上，e消毒相较于传统紫外线消毒范围更广，能够应用到公共场合，通过智能控制，在确定消毒范围内无人时自动进行消毒。e消毒可通过执行检测功能在智能屏幕直观反应出消毒情况，确保消毒工作的全面覆盖，并且能耗较小。e消毒只是紫外线消毒技术发展趋势的一个缩影，是紫外线消毒技术多元化发展的标志，在未来紫外线消毒技术将更加智能、更加高端[5]。
3.2 紫外线消毒技术的规模化
现阶段的紫外线消毒设备普遍覆盖范围较小，应用具有一定的局限性。但是针对紫外线消毒技术的大规模应用研究已经得到具体展开，并得到一定程度的应用。在城市污水处理中，通过建设与污水处理渠道相适应的污水处理系统，对污水进行消杀，在紫外线线消毒系统中，通过控制系统设置消毒系统的参数，确保消毒系统的顺利运行，将相关数据反馈到总控制中心，对消杀状况进行调控。通过设置紫外光强探头对紫外光计量进行掌控，判断消杀效果是否符合要求。但是现阶段的紫外线消毒设备在大规模应用上，设备维护费用较高，部分原件损耗较大，存在一定缺陷，还需要进一步进行研究与改进。
以汞蒸汽灯为例，汞蒸气灯是现阶段城市污水处理常用的紫外线消毒工具，汞蒸气灯在应用中有可能发生汞泄露，对人体造成危险。近年来，寻找替代汞蒸气灯的研究不断进行，紫外发光二极管（UV-LEDs）逐渐走入研究人员视野，UV-LEDs不仅覆盖范围更广，而且能有有效避免汞泄露情况的发生。体积更加小巧，不需要进行预热，在使用寿命也相较于供气灯更长，但是UV-LEDs的研究还处于初级阶段，要实现普遍应用还需要一定时间。
4结束语
通过明确紫外线消毒技术研究的重要意义，了解紫外线消毒技术的现状，了解紫外线消毒的原理，明确紫外线消毒对于当今社会的重要意义，能够有效把握紫外线消毒技术的发展方向，并对紫外线消毒技术的发展趋势进行预测，紫外线消毒技术的应用将全面实现智能化、高端化、规模化，进而为创造出更加安全、健康、美好的生活环境贡献力量。
参考文献
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[2]秦德昌，庆宏，钟瑞芬，等.医院在用紫外线杀菌灯辐射照度分布状况及衰减规律研究[J].中国医疗设备，2019，34（12）：23-25，29.
[3]张晓君，王彩云，程英，等.紫外杀菌技术在乳制品灭菌工艺中应用研究进展[J].中国乳品工业，2019，47（4）：49-54.
[4]叶晓梦.紫外杀菌消毒技术的研究进展浅述[J].科学与信息化，2020（8）：185-186.
[5]張华，范华.紫外线空气消毒的现状及医务人员认知调查[J].中华现代护理杂志，2021，27（4）：526-530.