VDECGC专家讲解:如何选购紫外LED消毒产品
来源: | 作者:VDECGC | 发布时间: 2020-04-08 | 683 次浏览 | 分享到:

新冠肺炎疫情让“消毒”成为高频词汇,而紫外消毒作为一种被广泛认可的消毒杀菌方式,在公众卫生防护上的关注度也迅速攀升。

 

传统的低压汞蒸气紫外灯虽然消毒效果良好,但存在体积较大、易碎有毒、产生臭氧等缺点,通常适用于无人封闭场所的消毒,应用局限性较大。目前市面上已经出现了多种便携式紫外LED消毒产品,均声称可对物体表面进行快速消毒。那它们的消毒效果如何?选购时需要注意什么呢?

       

       今天,VDECGC专家通过理论分析和实际检测来告诉大家。

        


紫外线的消毒效果

紫外线的消毒效果,主要取决于三个方面:辐射波长(nm)辐射照度(μW/cm²)辐照时间(s)。其中,后两者的乘积又称为辐照剂量(mJ//cm²)

 

1. 辐射波长

提到辐射波长,相信大家对254 nm都不陌生。是的,传统低压汞蒸气紫外灯的大部分辐射功率就集中在254 nm,并且其消毒效果良好。但大家千万不要误以为,254 nm就是最佳的消毒波长,非此不可。

 

      利用低压汞蒸气放电技术,只能够得到254 nm和185 nm两种波长的紫外线,这是由激发态汞原子的电子跃迁能级所决定的,无法人为改变。于是,低压汞灯的254 nm辐射就被用于消毒,而灯管玻壳若不经特殊处理过滤掉185 nm辐射,臭氧也会随之生成。

 

      那么,究竟哪个波段的紫外线能够有效消毒,哪个波长的消毒效果最好呢?由于不同种病原微生物之间存在较大差异,所以很难一概而论地说,哪个波长的消毒效果最好。但现有科研结果表明,240-300 nm范围(杀菌效率曲线的-5dB带宽)的紫外线具有较好的消毒效果,效果最佳的波长可能在265 nm附近。下图以大肠杆菌为例,给出了杀菌效率频谱和低压汞灯频谱的对比。

来源:Wladyslaw Kowalski. (2009). Ultraviolet Germicidal Irradiation Handbook: UVGI for Air and Surface Disinfection. Springer


      下图则是一款典型的
UVC LED产品的频谱与杀菌效率频谱的对比。

 

来源:Wladyslaw Kowalski. (2009). Ultraviolet Germicidal Irradiation Handbook: UVGI for Air and Surface Disinfection. Springer

2. 辐射照度和辐照时间

辐射照度大小与被照射面到紫外辐射源的距离密切相关,随着距离的增加,辐射照度会迅速地以距离平方反比的关系衰减。举例来说,如果距离紫外辐射源d处的辐射照度是E,那么距离2d处的辐射照度会锐减至E/4。


 

来源:Illuminating Engineering Society of North America. (2000). The IESNA Lighting Handbook (ed.9)

辐射照度与辐照时间的乘积即为辐射剂量。从上面辐射照度与距离的关系可知,要达到相同的消毒效果(即辐射剂量相同),辐照时间会迅速地以距离平方正比的关系延长。举例来说,如果在距离紫外辐射源d处有效消毒需要T时间,那么距离2d处的有效消毒时间就会激增到4T。

3. 辐射剂量

上文提到的杀菌效率曲线,对应着病原微生物的遗传物质(DNA或RNA)对紫外线的吸收效率曲线,一旦吸收的辐射剂量超过某个限度,病原微生物便会“爆体而亡”,这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细胞壁、细胞膜或蛋白质外壳等结构保护其遗传物质,因此消灭他们所需的辐射剂量也不尽相同。现有科研结果表明,达到99.9%(失活对数值3)的消毒率,所需辐射剂量约在10-10² mJ/cm²数量级范围。

 


来源: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.

      有关辐射剂量的更多信息,可参考https://www.americanairandwater.com/uv-facts/uv-dosage.htm

VDECGC实例检测

      1. 检测设备

      传统的紫外辐射照度计都是依据JJG 879来检定,其特点是频谱响应特性与规定的峰值波长一致(如下图所示)。因此,其只适用于测量特定峰值波长的辐射照度,例如已知低压汞灯的峰值波长为254 nm,则用C波段紫外辐照度计是能够准确测量其辐射照度的。


来源:JJG 879-2002《紫外辐射照度计检定规程》

但是,新兴的UVC LED或Deep UV LED产品,在检测之前,其峰值波长是未知的,并且绝大多数情况下都不会是254 nm。因此,再使用传统的C波段紫外辐照度计就无法测得准确的辐射照度了。这种情况下,必须使用紫外光谱辐射照度仪,先测得各个波长下的辐射照度值,然后将有效波长范围内的值累加计算得到总辐射照度值


 

VDECGC光生物实验室

   2. 检测实例

我们此次检测的UVC LED消毒产品非常小巧,通过Type C USB接口与手机连接即可工作。

 

该款产品实测峰值波长是279 nm,且绝大部分紫外辐射落在240-300 nm的有效杀毒范围内

 

此外,在距离该产品出光口面2mm、10mm和50mm处分别进行测试,其240-300nm范围内的总辐射照度分别是1843.7 μW/cm²、522.8 μW/cm²和35.7μW/cm²。



以上检测结果表明,如果要达到灭杀99.9%大肠杆菌的效果(辐射剂量10 mJ/cm²),在完全贴近消毒表面(2 mm)时约5秒即可;距离稍远(10 mm)时需要约20秒;而较远距离(50 mm)时则需要约4分半钟了。

选购和使用建议

VDECGC专家建议大家,选购此类产品时:

1. 要了解清楚产品的波长是否在240-300nm范围内;

2. 要注意制造商推荐的使用距离,如果实际使用距离大于推荐距离,则消毒时长应按距离平方倍数关系延长;

3. 如果产品工作时紫外光源暴露在外的,那么务必尽量贴近消毒表面使用。这样不但消毒效果更好,而且从消毒表面反射回来的紫外辐射会更好的被产品本身遮挡,人体受到伤害的风险就会更低。