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技术文章
     

紫外线消毒杀菌器的杀菌灯基本常识


点击次数:1053 发布时间:2013-03-24

杀菌灯实际上是属于一种低压汞灯。低压汞灯是利用较低汞蒸汽压(<10-2Pa)被激化而发出紫外光,其发光谱线主要有两条:一条是253.7nm波长;另一条是185nm波长,这两条都是肉眼看不见的紫外线。
用来照明用的日光灯、节能灯也属于低压汞灯,依靠低压汞蒸汽被激发后发射紫外线,其中254nm波长的紫外线照射到荧光粉上再发出可见光,如果改变荧光粉的成分和比例,它就可以发出我们通常所见的不同颜色的光。
杀菌灯不需要转化为可见光,253.7nm的波长就能起到很好的杀菌作用,这是因为细胞对光波的吸收谱线有一个规律,在250~270nm的紫外线有zui大的吸收,被吸收的紫外线实际上作用于细胞遗传物质即DNA,它起到一种光化作用,紫外光子的能量被DNA中的碱基对吸收,引起遗传物质发生变异,使细菌当即死亡或不能繁殖后代,达到杀菌的目的。
-日光灯和节能灯使用普通玻璃做成的,253.7nm紫外线透不出来,不能用做杀菌用的灯,石英玻璃对紫外线透过率高,达90%,是做杀菌灯的zui佳材料,但是石英玻璃的性能与普通玻璃在性能上有很大的差别(主要是热膨胀系数不同),封接不能用普通的自动化程度较高的圆封的办法,这使得杀菌灯生产制造的技术含量要高于普通节能灯。有一种透紫外线的玻璃,即通常所说的高硼玻璃,它对紫外透过率约是石英玻璃的60%,它的生产工艺与节能灯一样,使得它的成本与价格比石英玻璃生产的杀菌灯相差很远,几瓦的灯管只需几元,但它在性能上远比不上石英杀菌灯。表现在如下几方面:
1、透过率不同,在同样规格经同样镇流器测试,石英玻璃杀菌灯紫外线强度是高硼玻璃杀菌灯的1.5倍以上;
2、高硼玻璃灯紫外光强度很容易衰减,它点灯数百小时后其紫外光强度就大幅下降,降到初始时的50%-70%。在用户手上,虽然看到灯管还是亮的,但它可能已不起作用了。而石英玻璃的光衰减程度要远小于高硼灯,如果生产工艺过关,石英灯的光衰减在经点灯2000-3000小时,光衰减到初始时的80%-70%,以后只要灯不灭,光衰的幅度会越来越小。
国内杀菌灯的客户可能会了解菲利浦的杀菌灯,菲利浦有一种杀菌灯是用一种接近普通玻璃的玻璃生产的,而非石英玻璃制造的,其透光率接近石英玻璃的透过率,比中国的高硼玻璃灯要高得多,可使用自动化程度较高的节能灯生产工艺生产,这种灯主要依靠他们炼制这种玻璃的技术。它的缺点是不能产生臭氧。
石英杀菌灯的另一个特点是可发出臭氧。由于石英玻璃对短波185nm的紫外线透过率也高,185nm的紫外线能电离空气产生臭氧,臭氧浓度高对人体不利,但在无人场合时能使用,臭氧也能杀菌、消毒,恰好可弥补由于紫外线只沿直线传播、消毒有死角的缺点。
有些场合不能有臭氧,也可使用石英杀菌灯,这种石英玻璃在炼制的时候就加了一种元素--钛(Ti),使它透过紫外线在200nm以下发生截止,而对254nm紫外线透过基本无影响,即通常所说的无臭氧杀菌灯。从以上分析,做杀菌灯用石英玻璃是zui佳选择。在国内,医疗卫生领域,早已不推荐使用高硼杀菌灯,在美国、加拿大、日本生产紫外线杀菌灯普遍都采用石英玻璃。
但是,用石英玻璃生产的杀菌灯还不一定能做的好,因为还需要解决二个大问题。
1、成本较高
前面已提及,由于石英玻璃特殊性质,使得石英杀菌灯的生产不能规模化,机械化生产,而只能以手工来生产,使得石英杀菌灯的成本较高。国内厂家生产的紫外线杀菌灯数十元一只,国外进口中国的要上百元甚至几百元。价格高,阻碍它的进一步推广运用。
2、光衰较大
----石英杀菌灯还可能出现一个问题--寿命不长。寿命不长有两个概念:一个是点灯寿命不长,就是点不了多长时间,灯熄了,这主要是电极处理不好。在石英加工过程中,需用高温,如果处理不当,会导致阴极受损,点一段时间灯灭了;第二个概念是指有效寿命,即使灯不熄,但它的紫外光强度衰减快,达到30%,按行业标准YY/T0160-94规定,就算灯已寿终。YY/T0160-94规定石英杀菌灯的有效寿命必须大于1000小时,而美国、日本灯过有关标准杀菌灯需大于9000小时。显然说明我国的紫外线杀菌灯的质量水平比国外的要低得多。
 根据这一现状,于2000年初开始组织力量研究高强度、长寿命的紫外线低压汞灯(通俗称法叫杀菌灯)经过一年多的努力,我们攻克了这一课题,并在以下二方面我们确定了优势。
一、成本 目前国内生产石英杀菌灯的厂家都以手工为主,尤其是主要工序--封接采用手工,使得产品成本普遍较高,产品的一致性差,可靠性难以保证。容易出现的问题是慢性漏气,慢性漏气的主要原因就是石英与电极封接不好。华星采用自动封接方法,生产效率和成品率大大提高,漏气现象<0.5%,可靠性大大提高,而且单位成本比同行显著降低,价格具有很强的竞争力。
二、有效寿命一般厂家生产的石英杀菌灯其点灯点数小时都无问题,但是很多时候灯管未熄就不能用了,比如说医院用的30瓦石英消毒灯,初始一般有100μW/cm2(1.0米处)用过一段时间后(约1500小时),再用紫外探头测(在1.0米处)低于70μW/cm2,此时灯管则要换新,以免消毒效果不好。
造成紫外线强度光衰减的原因从机理上分析很复杂,对于荧光灯(如节能灯)的光衰,理论上已有较为成熟的认识,如1999年复旦大学和合作研究了"紧凑型节能灯光衰机理分析"获教育部颁发的一等奖。但是石英紫外灯的光衰与荧光灯光衰从机理上分析不完全相同,因为石英玻璃与荧光灯的加工过程不同,石英玻璃要用到高温夹封;第二,石英玻璃本身与普通玻璃在其原料、生产过程就不同,其性质相差更大,它对于紫外光衰有一定影响。
对于"石英紫外灯光衰机理"的研究,华星光电有限公司技术发展中心正在进一步深入,但是对于如何减轻紫外光衰已有十分有效、可靠的办法。
 这种办法是经过特殊的处理,使得紫外光强度衰减降低在整个寿命期间只有20%左右。比如30瓦灯初始时紫外光强为100μW/cm2(1.0米处),即使点到6000小时以上,其紫外光强还有80-90 μW/cm2,7000小时254nm紫外线强度还大于70μW/cm2,这种技术在菲利浦也有类似的应用。使得长寿命的紫外线杀菌灯成为可能。
紫外线杀菌灯一般用来对空气、物体表面、水来进行消毒灭菌。254nm波长能对细菌和病毒能有效的杀灭,前人早已进行过大量的研究,是不用怀疑的事实。紫外线杀菌的特点是广谱性,有些高温都难以消灭的病毒,用紫外线能很快的消灭,这是由于紫外线的杀菌机理与其它方法不同。
紫外线对细菌和病毒的杀灭与紫外线照射剂量有关,照射剂量=照射时间(S)×照射强度(μW/cm2),照射剂量理论上一般设计要求大于30000μW/cm2 如果紫外线强度低,只要时间长,可与强度稍高时达到同样的效果,如果在时间不允许久的情况下,需选择高强度大功率的紫外线灯。一般情况各种细菌和病毒所需杀灭的照射剂量不同,在被杀灭点测出照射强度就可计算出照射时间,对被消毒的对象不了解的情况下,一般需延长照射时间来确保杀菌效率。 由于紫外线会杀死细胞,因此紫外线消毒时要注意不能直接照射到人的皮肤,尤其是人的眼睛,紫外线杀菌灯点亮时不要直视灯管,由于短波紫外线不透过普通玻璃,戴眼镜可避免眼睛受伤害。如果不小心眼受伤,一般情况也无关大碍,就象被太阳光灼伤一样,严重的可滴眼药水或人乳,帮助复原。在有人的场合,不要使用有臭氧灯管,臭氧浓度高时对人不利。
紫外线消毒杀菌用途很广,医院、学校、托儿所、电影院、公交车、办公室、家庭等,它能净化空气,消除霉味,次外还能产生一定量的负氧离子,经紫外线消毒的房间,空气特别清新。在公共场合,经紫外线消毒,可避免一些病菌经空气传播或经物体表面传播。 长寿命的紫外线杀菌灯在水消毒、环保工程方面的应用意义重大,水消毒设备如纯水系统,一般在24小时都运转,紫外线杀菌灯的寿命和可靠性都要求高,如果灯管寿命短,更换灯管成本高,而且很不方便。
紫外线杀菌灯在水消毒方面的应用,八十年代开始在西方国家流行,九十年代开始在中国推行,它比传统的氯气消毒有无可比拟的优越性。氯气消毒:会在水中形成一种氯的化合物,这是一种致癌物,而且氯气浓度高时也会有一种味道,如果喝生水,会明显地闻到这股怪味。现在水消毒还有一种方法:臭氧,臭氧也能杀菌,但其浓度高时,臭氧分解的时间就要延长,很可能就会经近距离管道输送到居民房内。臭氧水据说能美容、洗菜,但不能喝,而且其味道难闻。如果浓度降低,杀菌能力又要减弱。此外臭氧消毒还要防止泄漏。
所以,紫外杀菌在水消毒有无可比拟的优势:紫外线强度可测、可监控,可做到在线控制,及时了解消毒效果,而且不会带有任何副作用,在水消毒领域有不可估量的前景。

 
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