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紫外線消毒燈（UV Disinfection Light）也被稱為紫外線殺菌燈或紫外線熒光燈，是一種利用紫外線的殺菌效應來進行消毒和滅菌的照明設備。紫外線消毒燈的主要用途是殺滅細菌、病毒和其他微生物，以降低感染的風險。在醫療設施、食具行業、水處理和空氣凈化等領域中發揮著重要的衛生和安全作用。

1801年，約翰·威廉·里特爾（Johann Wilhelm Ritter）把一張剛涂上一氧化銀的紙放到陽光透過三棱鏡產生的可見光譜的紫光區頂部，片刻之間紙變黑，在光譜的紫光區域之外黑得最厲害，里特爾把這種不可見的光線稱為“紫外線”。1877年唐斯（Downes）和布倫特（Blunt）開展了紫外線殺滅枯草芽胞桿菌的試驗，證明紫外線具有殺菌作用。1929年，蓋茨（Gates）發現，不同波長的紫外線對微生物的殺滅作用不同，殺菌作用光譜平行于核酸對紫外線的吸收光譜，提出了紫外線的殺菌機制。在此后的研究中，制備了人工紫外線光源，并將其應用于醫學消毒和滅菌中。紫外線消毒燈向外輻射波長為253.7nm（納米）的短波滅菌紫外線，該波段紫外線的殺菌能力最強，可用于對水、空氣、衣物等的消毒滅菌。

自20世紀60年代起，紫外線廣泛應用于表面和空氣消毒，并在飲水、污水處理中得到采用。紫外線光源不斷演變，從低壓汞蒸氣燈到高壓汞燈、金屬鹵化物燈、冷陰極燈和H型燈，還有高低臭氧紫外線燈。2019年以來，新冠病毒可以通過氣溶膠傳播，由于新冠病毒傳播途徑，紫外線消毒燈也被廣泛用于預防感染。

紫外線消毒燈主要是由燈管、鎮流器、啟輝器、燈管座組成，其工作原理是干燥氣體中的帶電粒子形成電流，通過氣體放電產生光。根據紫外線燈燈管填充的金屬或化合物蒸汽的不同，或根據燈管材質與臭氧量、電極的不同，紫外線燈大致可以分為七類，即中高壓汞燈、高強度紫外線消毒燈等。

發展歷程

紫外線的發現

1801年，約翰·威廉·里特爾（Johann Wilhelm Ritter）把一張剛涂上一氧化銀的紙放到陽光透過三棱鏡產生的可見光譜的紫光區頂部，片刻之間紙變黑，在光譜的紫光區域之外黑得最厲害，里特爾把這種不可見的光線稱為“紫外線”。

紫外線的殺菌功能

1877年唐斯（Downes）和布倫特（Blunt）開展了紫外線殺滅枯草芽胞桿菌的試驗，證明紫外線具有殺菌作用。緊接著在1878年，人們進一步發現太陽光中的紫外線具有殺菌和消毒作用，這成為紫外線的一項重要功能。殺菌是紫外線應用中最常見且至關重要的應用之一。這些發現為紫外線技術的應用在衛生和醫療領域打開了新的可能性。1903年，尼爾斯·芬森（Niels Finsen）因利用紫外線治療尋常狼瘡和皮膚結核病而獲得諾貝爾生理學或醫學獎。1929年，蓋茨（Gates）發現，不同波長的紫外線對微生物的殺滅作用不同，殺菌作用光譜平行于核酸對紫外線的吸收光譜，提出了紫外線的殺菌機制。在此后的研究中，制備了人工紫外線光源，并將其應用于醫學消毒和滅菌中。

在1960年，科學家首次確認了紫外線在微生物滅菌消毒中的機制。這一過程包括兩個主要方面的作用機制，首先，當微生物暴露于紫外線照射下時，其細胞內的脫氧核糖核酸（脫氧核糖核酸）會吸收紫外線光子的能量。這導致脫氧核糖核酸中同一鏈上相鄰的胸腺嘧啶基之間形成二聚體，稱為胸腺嘧啶二聚體。這個二聚體的形成干擾了DNA的雙螺旋結構，阻止了核糖核酸引物的合成，從而中斷了DNA的復制和轉錄功能。其次，紫外線照射還能夠產生自由基，并引發光電離過程。這些自由基的生成干擾了微生物的生物化學過程，使其無法進行復制和繁殖。這些機制相互協同作用，使紫外線成為一種高效的微生物殺菌和消毒方法，對衛生和醫療領域具有極大的重要性。

紫外線是由原子的外層電子受到激發后產生的。自然界的主要紫外線光源是太陽，太陽光透過大氣層時，波長短于290nm的紫外線被大氣層中的臭氧吸收掉。早在19世紀初，通過汞蒸汽被激勵放電發光的這項工藝即已經為人所知；蒸汽封閉到一根玻璃管中，在玻璃管兩端的兩根金屬電極上施加電壓，從而產生一道“光弧”，使蒸汽發光。由于當時玻璃對于紫外的透過率極低，直未能實現人造紫外光源。直到1904年，德國的Richard Koch博士，利用他制造的無氣泡高純度石英玻璃，成功制作出了第一支石英紫外汞燈。因此，Koch被廣泛認為是紫外燈的發明者，同時也是在醫用光療法中使用人造光源照射人體的先驅者。4年后，UV-C（即短波紫外線）首次用于馬賽的市政供水消毒。

在20世紀20年代進行的首次紫外線輻射實驗室測試中，紫外線被證實可用于抗擊空氣傳播的傳染病。20世紀30年代，西屋電氣公司電氣開發出的第一款商用UV-C燈被應用在醫院中。第二次世界大戰期間，UV-C燈被用于對醫院、廚房、肉類儲存和加工廠、面包店、啤酒廠、乳品廠、飲料生產、制藥廠和動物實驗室等任何存在微生物污染問題的地方進行空氣消毒。20世紀50年代，UV-C被用于空氣處理設備中——第一個帶有多達四個UV-C燈泡的紫外線設備被安裝在感染人數較多的房間中，并成功地抑制了結核病通過空氣傳播病原體。在接下來的幾十年里，科學界對UV-C及其對微生物影響的了解不斷加深，UV-C消毒技術的進步也使得紫外線消毒燈的應用領域不斷擴大。

2019年以來，由于新冠病毒可以通過氣溶膠傳播，這也就意味著通風和空氣清潔已成為減輕感染的重要手段。根據新冠病毒對紫外線和熱敏感的特性，紫外線消毒燈對新冠病毒有消毒效果，所以近幾年紫外線消毒燈也被廣泛用于預防新冠病毒感染。

基本結構

紫外線殺菌燈燈管由高純二氧化硅制成，紫外線具有消毒殺菌作用。因此，紫外線燈又叫做滅菌燈。它的電路和日常使用的日光燈電路相同，它們主要是由燈管、鎮流器、啟輝器、燈管座組成。紫外線燈的燈管由燈頭、燈絲、玻璃管等部分組成管內有微量的劍氣和稀薄的汞蒸汽，與日光燈不同的是紫外線燈管是用石英玻璃制成的，內壁不涂熒光粉。燈管是紫外線燈電路的主要組成部分。

鎮流器又叫做限流器，由鐵芯和電感線圈組成。鎮流器的主要作用是產生高壓和限制通過燈管的電流，使紫外線燈點亮和工作。鎮流器的規格要和燈管功率相配套。啟輝器由氛泡、小電容、絕緣底座和外殼組成。啟輝器內部的泡能自動接通和斷開電路。并聯在氛泡上的小電容主要有兩個作用：一是與鎮流線圈形成 LC 振蕩電路以延長預熱時間和維持脈沖電動勢；二是吸收能干擾收音機和電視機等電子裝置的雜波。燈管座用于固定燈管和連接電路，常用燈管座有插入式和開啟式兩種。燈管座規格要與燈管上的燈頭相配套。

工作原理

紫外線燈發光原理基于氣體放電理論。干燥氣體中的帶電粒子形成電流，通過氣體放電產生光。主要步驟包括激發電離、遷移、擴散和消電離。電極產生電子，電場加速它們撞擊氣體原子激發電離。帶電粒子遷移、擴散，最后復合消電離，釋放光輻射，導致紫外線燈發光。原子激發是當原子受到碰撞或吸收光子時獲得能量，使其從低能級躍遷到高能級的過程。在氣體放電燈中，電極產生電子，在電場作用下加速，撞擊氣體原子，使其獲取能量。電子損失能量后再次被電場加速，再次撞擊氣體原子。帶電粒子在電場中分為遷移和擴散兩種運動方式。遷移是受電場力驅使向電極移動，盡管碰撞使其軌跡不是直線，最終靠近電極。由于不均勻分布，帶電粒子從高濃度區向低濃度區擴散，這叫做擴散運動。帶電粒子最終相遇并釋放光輻射，這是紫外線燈發光的原理。

紫外線是一種低能量的電磁輻射，照射能量較低，不能引起原子的電離，僅產生激發作用。紫外線照射消毒滅菌是使微生物細胞內、核酸，原漿蛋白和酶發生化學變化而死亡。紫外線燈管內保持有低壓和汞蒸氣，當電流通過時使汞蒸氣輻射出紫外線光波。約占整個紫外線光波 90%以上的 253.7nm 光波，具有極強的殺菌能力。紫外線燈光波釋放高能量能對細胞脫氧核糖核酸起激發作用，在DNA 同股上的兩個胸腺核苷在正戊烷、6位置上產生連接而成一個胸腺核雙聯體（thymidine diner）這種激化后產生的環狀物阻礙了 DNA 呤生基，腺嘌呤、胸腺嘧啶、鳥嘌呤、胞嘧啶的正常配對，改變了 DNA 的結構，使細胞復制無法進行，而使微生物死亡。不管細菌的種類及其對藥物耐受性如何，都會有效殺死微生物。

特性

伏安特性和點火啟動特性

紫外線燈通常采用昂貴但具有三個重要性質的石英材料制成。首先，石英對紫外線透明，幾乎不吸收紫外線，提高了紫外光傳播效率。其次，石英不導熱，有助于維持內部熱量。最后，其低熱膨脹系數提高了系統的穩定性。紫外線消毒燈主要分為高壓、中壓和低壓，消毒應用以低壓為主。紫外線燈的使用壽命受多種因素影響，包括原材料質量。隨時間推移，燈管中的汞逐漸消耗，導致汞離子減少和功率下降，同時輻照強度也會逐漸降低，一旦強度降至消毒要求以下時需及時更換。按照國家標準，紫外線燈管的平均使用壽命為8000小時，目前國內某些優秀產品已經可以達到13000小時。當紫外光無法穿透熒光涂層時，需要及時更換燈管以避免資源浪費。點火和工作時，紫外線燈的電壓與電流關系如下圖所示。在點火之前，電壓低于啟動電壓，燈處于高阻斷狀態。點火后，電壓急劇下降，然后進入穩定工作狀態，呈現負阻特性。為了安全生產，必須穩定控制電流在額定值內。點火啟動電壓受多個因素影響，包括電極類型、氣體、燈管參數、電壓大小、管長、氣壓和溫度等。通常，點火啟動電壓在500V到1210V范圍內，穩定工作時電壓在50V到150V之間，并最終上升到約450V。

消毒特性

分類

根據紫外線燈燈管填充的金屬或化合物蒸汽的不同，或根據燈管材質與臭氧量、電極的不同，紫外線燈大致可以分為七類，即中高壓汞燈、金屬鹵化物燈及其他特種UV燈、普通直管熱陰極低壓汞紫外線消毒燈、高強度紫外線消毒燈等。

中壓和高壓汞燈：中壓和高壓汞燈管發出光譜的波長范圍為200nm~450nm，中心波峰為365nm，在310nm、365nm、410nm 等長也有較強的射能量。中高壓汞燈有很廣泛的工業用途，可以用作各類紫外線光敏油墨、紫外線光敏漆、紫外線光敏膠的固化。

金屬鹵化物燈：單純的汞原子被激發無法得到連續的紫外線光譜，在某些固化應用中得不到理想的效果，可以通過加入金屬鹵化物使燈的紫外線光譜得到加強和豐富。在燈管中加入澳化鐵，也稱為鐵摻合鹵素燈，它的特點是增強了 380nm 波段的能量輸出，對于感光樹脂和日光膜等材料的曝光和固化效果顯著。加入錦碘化合物的uv燈，稱為錦碘金屬鹵素燈，它的特點是加強了 400nm 這一波段的能量，最高波峰為417nm，對于重氮材料的曝光和固化的效果卓越。

其他特種UV燈：主要包括無臭氧紫外燈、短弧氣燈等。無臭氧燈是通過改變管壁材質，攔截200nm以下波段的紫外線光，從而避免短波輻射產生高濃度臭氧，因此更加環保安全。短弧氣燈是指封入氙氣的紫外線燈，它的特點是從可視區域到紅外區域具有連續光譜和演色性，主要應用于紫外線點光源配套或專用于紫外線光敏膠的光固化。

普通直管熱陰極低壓汞紫外線消毒燈：燈管采用高純二氧化硅或其他對紫外線透過率高的玻璃制成，功率為 40W、30W、20W、15W 等。

高強度紫外線消毒燈：高強度紫外線殺菌燈是專門研制的熱陰極低壓汞紫外線燈，要求在標準條件下輻射 253.7nm 紫外線強度要比普通型紫外線殺菌燈高將近 1倍以上，它在距照射表面很近時，照射強度可達5000μW/cm2以上，5s 內可殺滅物體表面上污染的各種細菌繁殖體；照射 5~10s，對病毒、真菌和細菌芽孢殺滅率可達99.9%以上。

低臭氧紫外線消毒燈：也是熱陰極低壓燈，可為直管型或H型由于用了特殊工藝和燈管材料，故臭量很低要求臭氧產量>1mg/h。

高臭氧紫外線消毒燈：由于采取了特殊工藝，這種燈產生較大比例的波長184.9nm的紫外線，故臭氧產量較大。

應用領域

水的消毒

通過紫外線對水的照射進行的，是一個光化學過程。光子只有通過系統中分子的定量轉化而被吸收后，才能在原子和分子中產生光化學變化。換言之，若光沒有被吸收則無效。水消毒所用的是 C波段紫外線。水消毒用的紫外線燈一般為低壓汞燈，其中心輻射波長是 253.7nm。紫外線用于水消毒，具有殺菌力強、不殘留對人體有害有毒物質和安裝維修便捷等特點。目前，紫外線水消毒技術已在許多國家得到推廣和使用。

污染物體表面消毒

室內表面消毒：在醫院燒傷病房、產房、嬰兒室、ICU、CCU、供應室、手術室、換藥室等場所吊裝的紫外線燈或移動式紫外線消毒車在使用強度下對室內光滑的墻壁和地面都有一定的消毒效果，但一般達不到衛生學要求。可以在紫外線燈上加合格的反光翠或采用高強度紫外線燈，才能對在距離紫外線燈下1m左右處的工作臺面提高消毒效果。

設備表面消毒：用高強度紫外線消毒器進行近距離照射可以對平坦光滑表面進行消毒。如便攜式紫外線消毒器可以在距離表面3cm 以內進行移動照射，在每處停留照射5s對表面細菌殺滅率可達到 99.99%。

特殊器械消毒：針對某些特殊器械消毒需要專門設計制造的紫外線消毒器在醫院亦有實際應用，如紫外線口鏡消毒器內裝3支高強度H形紫外線燈，采用高反射率的內警和轉盤式載物臺，一次可插入 30 余支口鏡，照射30min，可有效滅活HBSAg。紫外線票據消毒器不僅可以消毒各種紙幣，同時從設計上也考慮了醫院化驗單等醫療文件的消毒應用。該消毒器采用傳送式照射消毒，化驗單、病歷紙等在傳送過程中經紫外線照射8s.可殺滅自然前99.9%。

室內空氣消毒

紫外線消毒是空氣消毒最方便的方法。其消毒方式主要有固定式照射法、移動式照射法、間接照射法3種。紫外線燈固定在天花板上的方法有以下幾種：第一種是直接安裝在天花板上，離地2.5米；第二種是吊裝在天花板或墻上，距離地2.5米，帶有反光罩，可反向照射；第三種是墻壁安裝，使紫外線在水平面3~80度范圍內照射。另一種方法是將紫外線燈管固定在天花板上，下方帶有反光罩，以直接照射上部空氣，從而在上下空氣對流交換時實現整體空氣消毒。移動式照射法可選定目標進行照射，也可覆蓋整個房間的空氣。而間接照射則通過空氣消毒器，通過循環處理來消毒整個空間。

食具消毒

餐具保潔柜以臭氧和紫外線為殺菌因子。實驗室載體定量殺菌試驗，啟動保潔柜 60 分鐘對側立于柜內碗架上左、中、右三點瓷碗內表面玻片上大腸桿菌的平均殺滅率分別為 99.89%、99.99%、99.98%，對金黃色葡萄球菌的平均殺滅率為99.87%、99.98%、99.96%。但是啟動保潔柜180分鐘，對平鋪于保潔柜底部碗內的玻片 HBSAg 的抗原性不能完全破壞。

技術指標

與紫外線消毒效果有關的因素很多，概括起來可分為兩類；影響紫外線輻射強度、照射劑量的因素和微生物方面的因素。

影響紫外線輻射強度和照射劑量主要指標

電源電壓電源電壓：可直接影響紫外線燈輻射強度，當電壓由220V降到200V時，紫外線輻射強度可降低 20%。所以，當電壓降低時，應適當延長照射時間，以保證消毒效果。

照射距離：紫外線燈輻射強度隨照射距離延長而降低，30W 紫外線燈照射距離>1m，對表面消毒即達不到預期效果，照射距離越近消毒效果越好。

照射功率：紫外線的功率用特殊單位毫瓦·秒/cm2來計算，功率越大的效能越高，不同菌有不同的致死劑量，見圖1。

空氣相對濕度和潔凈度：紫外線照射環境相對濕度>60%或灰塵太多均會影響其殺菌效果。多數學者認為，空氣中相對濕度>70%，由于部分紫外線輻射被水霧顆粒吸收，從而使其殺菌效果下降。一般說來，空氣中顆粒越少越有利于紫外線消毒。這是因為空氣中粒子特別是灰塵顆粒會吸收反射紫外線.降低紫外線能量密度。

溫度：紫外線對溫度的適應范圍比較大，在5~37℃范圍無明顯影響；常溫下紫外線輻射強度比較穩定，溫度升高紫外線輻射強度會稍有升高，但對殺菌能力影響不大。

有機化合物：蛋白胨性有機物如血液污染、分泌物排泄物污染都可以影響紫外線殺菌效果。這些有機物既可保護微生物免受照射，亦可吸收大量紫外線，所以用紫外線照射有明顯污垢的物品將達不到理想的消毒效果。

物品材料的性質：紫外線是一種低能量電磁輻射，其穿透力較差；同時紫外線是光，因此對不同材料具有穿透、吸收、反射等不同反應。紫外線除對石英玻璃具有良好的穿透性之外，對其他物質包括普通玻璃都不能或穿透很少。但由于紫外線對金屬的良好反射性，可以用金屬光滑面如高反射系數的拋光鋁制作紫外線燈反光罩用以加強紫外線照射強度。

染菌量：染量染量愈多，所需照射外線的息大，需照射時間亦需延長。

微生物方面的指標

微生物的類型：紫外線對細菌、病毒、真菌、芽抱、衣原體等均有殺滅作用，不同微生物對紫外線照射的敏感性不同。細菌芽抱對紫外線的抗性比繁殖體細胞大，革蘭氏陰性桿菌最易被紫外線殺死，緊接著依次為葡萄球菌屬、鏈球菌屬和細菌芽抱，真菌孢子抗性最強。分枝桿菌的抗力，較表皮葡萄球菌、綠膿桿菌、腸炎沙門菌等要強 3~4 個對數級。即使在抗酸桿菌中，不同種類對紫外線的抗性亦不相同。

根據抗力大致可將微生物分為3類：高抗性的有真菌抱子桿菌黑色變種抱、耐輻射微球菌等，中度抗性的有鼠傷寒沙門菌、酵母菌等，低抗性的有大腸桿菌、金黃色葡萄球菌普通變形桿菌等。

微生物的數量：微生物的數量越多，需要產生相同致死作用的紫外線照射劑量也就越大。因此，消毒污染嚴重的物品需要延長照射時間，加大照射劑量。