紫外光应用及杀菌原理和UVC LED应用简析

紫外线剂量在灭菌过程中起着至关重要的作用。在紫外剂量充足的条件下，失活的病毒细菌不会复活，但剂量不足时，许多被紫外线照射失活的病毒细菌可通过光的协助作用修复自身被破坏的结构。

紫外光应用及杀菌原理

按照波长，紫外(Ultra Violet，UV)光通常分为UVA（315nm-400nm）、UVB（280nm-315nm）、UVC（200nm-280nm）。其中波长UVC波段又称为“日盲”波段，由于大气中臭氧的强烈吸收，在近地太阳光谱中几乎不含有该波段紫外光。UVC主要应用主要包括水/空气/表面的消毒/净化、分析仪器（分光光度法、液相色谱、气相色谱等），矿物分析。UVC波段波长短，能量高，短时间内破坏微生物机体(细菌、病毒等病原体)细胞中分子结构，通过破坏微生物的DNA和RNA阻止其繁殖，可以实现高效快速的广谱杀菌效果，从而对水、空气和物体表面进行杀菌消毒，使细胞无法再生，因此广泛应用于如水、空气等的杀菌消毒。数据显示，仅以30mW／cm２的UVC紫外辐照强度，一秒钟即可对绝大部分细菌实现近乎100%的杀灭，效果非常显著，可广泛应用于医疗卫生领域。在个人健康和家庭卫生领域，紫外光可用于水杯碗筷消毒、空气净化除菌、杀灭瞒虫、鞋袜杀菌除臭、婴儿奶瓶消毒等，用武之地简直不可胜数。

紫外杀菌效果

根据微生物种类不同，紫外杀菌时间和剂量也各不相同。不同的细菌种类对紫外线的吸收峰值不同。如 DNA、大肠杆菌的最大吸收波长均为265nm，而隐孢子菌、噬菌体的最大吸收波长分别为261nm和271nm。因此所需的杀菌时间也应有所不同。当紫外辐射强度为3×104μW/cm2时，杀灭病毒及细菌、霉菌孢子、藻类 细菌所需时间分别为0.1～1.0s，1.0～8.0s，5.0～40.0s。根据中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所专家董小平研究团队发现，强度大于90 μW/cm2的UVC照射冠状病毒，30分钟就可以杀灭SARS病毒。紫外线剂量在灭菌过程中起着至关重要的作用。紫外剂量可以表示为紫外线强度与照射时间的乘积。在紫外剂量充足的条件下，失活的病毒细菌不会复活，但剂量不足时，许多被紫外线照射失活的病毒细菌可通过光的协助作用修复自身被破坏的结构。在紫外剂量相同时，可采用高强度、短时间或低强度、长时间的照射方式，以达到杀菌目的。杀灭1×104 个/mL的螺旋杆菌，所需紫外剂量30 mJ/cm2左右，而杀灭同样数量的孢子，则需要70 mJ/cm2 左右的紫外剂量。

常用紫外线杀菌照射剂量情况

UVC LED应用简析

深紫外LED凭借安全、环保、小巧、高效、低耗等诸多优势，逐渐被市场认可，现已初步应用于水处理，空气杀菌，食物保鲜等领域。

一、深紫外LED市场

深紫外LED凭借安全、环保、小巧、高效、低耗等性能优势被市场认可，在净水器、母婴产品、空调、冰箱及其他高端消费品等领域均已见端倪。深紫外线杀菌消毒原理是深紫外线能破坏微生物体内遗传物质DNA或者RNA分子结构，导致细菌无法繁殖甚至失活，从而达到杀菌消毒的目的，根据BIS Research Analysis数据，至2023年，UVC的市场规模将在2023年接近5亿美元，年均增幅达到41.9%。衡量灭菌效率的主要参数是细菌接受到的照射剂量（照射剂量(mJ/cm2) =照射时间（s）*深紫外线辐照强度(mW/cm2)），照射剂量越大，消毒效率越高。

二、深紫外LED杀菌优势

相比于其他杀菌方法如加氯法、臭氧法及紫外汞灯杀菌法，深紫外LED杀菌有诸多优势：

高效杀菌性，深紫外LED所发出的UVC段紫外光对细菌、病毒杀灭作用一般在几秒以内，传统水杀菌方法如氯化物以及臭氧等方法，达到深紫外杀菌效率一般需要20分钟至1小时；

广泛杀菌性，由于细菌、病毒抗原体等微生物对紫外光不具有可抗性，因此深紫外光对几乎所有细菌和病毒都能高效率杀灭，并且深紫外 LED 杀菌技术，还能在一定程度上抑制一些较高等的水生生物生长，如藻类、红虫、草履虫等；

安全环保（不含汞），深紫外LED器件相对于目前市场上的汞激发紫外灯最明显优势在于其杀菌光源不含汞，而汞是一种重金属物质，俗称水银，汞在常温下即可蒸发，汞蒸气和汞化合物有剧毒（慢性），传统紫外汞灯杀菌灯在杀菌过程中，一旦灯管破裂，将引起严重的水质污染，而深紫外LED器件是一种安全可靠的装置，不含重金属，操作简单、运行安全可靠；

节能、寿命长、维护成本低，深紫外LED杀菌器正逐渐取代市场上普遍的汞灯紫外杀菌器，重要原因之一是紫外LED功耗较低，十分节能，深紫外LED功率大约是汞灯十分之一，这一比率大大节省了成本；

体积小、设计灵活、安装方便，深紫外LED器件，体积小，其杀菌装置设计灵活，可以应用在传统紫外汞灯无法应用的狭小空间。

三、深紫外LED应用

深紫外LED产品以其诸多优势，逐渐在市场上被认可，现已被初步应用于水处理，空气杀菌，食物保鲜等领域。

UVC消毒/净化应用的典型UV剂量要求：

（一）水处理消毒净化

1、静态水照射

根据公式：照射剂量(mJ/cm2)  =照射时间（s）*深紫外线辐射强度(mW/cm2)可知，紫外线杀菌效率与细菌接受到的紫外线照射剂量有关。在静态水照射中，可以有两种方式来提高深紫外LED杀菌效率：1）提高照射时间；2）提高深紫外LED照射强度。在深紫外 LED 光功率不变情况下，延长照射时间，可以提高其杀菌率。杀菌时间一定时，当深紫外LED输入电流越大，光功率越大，其辐射能量越大，细菌接受紫外线的辐照量也越大，故杀菌率越高。同时对于输入电流一定的深紫外LED而言，延长照射时间，也可以增加其总辐射能量，细菌接受到的总辐照量越大，故杀菌率越高。

2、动态水照射

对于动态水杀菌而言，深紫外LED对动态水照射过程中，其照射时间是由水流量大小来决定的。在深紫外线强度一定的情况下，其水流量越大，照射时间就越小，细菌接受的照射剂量就越低，杀菌效果就越差。原因在于水流速度越快，细菌接受深紫外线辐照时间越少，导致细菌接受深紫外线剂量低，故杀菌效率降低。

（二）空气净化

深紫外LED作为新一代绿色光源，以其特有的安全、经济优势，为空气净化提供了一个有效解决方案。深紫外LED空气杀菌消毒处理系统也可用于任何需要清新、新鲜空气设备上，如空气净化器、冰箱等。没有深紫外LED杀菌模块的冰箱，其细菌自然衰减率为 30%，而含有深紫外LED杀菌模块的冰箱，其细菌衰减率达到了 85%，这也很好证明了深紫外LED杀菌效果，使冰箱冷藏室空气细菌含量维持在低水平，更大程度提升了冰箱的保鲜能力。

（三）食物保鲜

根据知网文献资料显示，在食物保鲜方面，深紫外LED展示了其卓越特性，在不用其他化学试剂情况下，仅凭一颗深紫外LED，在常温下可以将新鲜蔬果保鲜能力提升10-20倍，更大程度减少了因腐烂而造成的损失。

看了这些，你对紫外光有一定的了解和认识了吗？疫情当前，我们避免不了因信息不透明和信息源过多带来的混乱信息，许多朋友会“病急乱投医”，盲目购买哄抢消毒灯具用品，导致物资紧缺不能正常供应和物价不合理上升，我们这些幸运没有被感染的普通人，能做到的就是保持理智，不散播恐慌和谣言。尽力支持协助国家遏止疫情扩散，尽早消灭“新冠病毒”，中国加油！