关于紫外线的知识

（一）紫外线的由来

1800年英国物理学家赫谢耳在三棱镜光谱的红光端外发现了不可见的热射线——红外线。德国物理学家里特（Ritte）对这一发现极感兴趣，他坚信物理学事物具有两极对称性，认为既然可见光谱红端之外有不可见的辐射，那么在可见光谱的紫端之外也一定可以发现不可见的辐射。终于在1801年的一天，当时他手头恰好有一瓶氯化银溶液。人们当时已知道，氯化银在加热或受到光照时会分解而析出银，析出的银由于颗粒很小而呈黑色。里特（Ritte）就想通过氯化银来确定太阳光七色光以外的成份，他用一张纸片醮了少许氯化银溶液，并把纸片放在白光经棱镜色散后七色光的紫光的外侧。片刻后，他果然在纸片上观察到醮有氯化银部分的纸片变黑了，这说明纸片的这一部分受到了一种看不见的射线照射。里特把紫光外附近的不可见光叫做“去氧射线”以强调是化学反应。不久之后，这个名词被简化为“化学光”，并且成为当时广为人知的名词。直到1802年，化学光最终更名为“紫外线”，目前这一词一直沿用至今。

（二）紫外线的分类

太阳光线分为X线、X光、紫外线、可视光线、红外线等五种，其中到达地球表面的光线为紫外线A，B，可视光线及红外线，但对人体最有影响、最有害的是紫外线，紫外线是位于日光高能区的不可见光线，它的简称为UV。依据紫外线自身波长的不同，可将紫外线分为三个区域，即短波紫外线、中波紫外线和长波紫外线。

短波紫外线：简称UVC，是波长200－280nm的紫外光线。短波紫外线在经过地球表面同温层时被臭氧层吸收。不能达到地球表面，对人体产生重要作用。因此，对短波紫外线应

引起足够的重视。

中波紫外线：简称UVB，是波长280－320nm的紫外线。中波紫外线对人体皮肤有一定的生理作用。此类紫外线的极大部分被皮肤表皮所吸收，不能再渗入皮肤内部。但由于其阶能较高，对皮肤可产生强烈的光损伤，被照射部位真皮血管扩张，皮肤可出现红肿、水泡等症状。长久照射皮肤会出现红斑、炎症、皮肤老化，严重者可引起皮肤癌。中波紫外线又被

称作紫外线的晒伤（红）段，是应重点预防的紫外线波段。

长波紫外线：简称UVA，是波长320－400nm的紫外线。长波紫外线对衣物和人体皮肤的穿透性远比中波紫外线要强，可达到真皮深处，并可对表皮部位的黑色素起作用，从而引起皮肤黑色素沉着，使皮肤变黑，起到了防御紫外线，保护皮肤的作用。因而长波紫外线也被称做“晒黑段”。长波紫外线虽不会引起皮肤急性炎症，但对皮肤的作用缓慢，可长期积累，是导致皮肤老化和严重损害的原因之一。

防止紫外线照射给人体造成的皮肤伤害，主要是防止紫外线UVB的照射；而防止UVA

紫外线，则是为了避免皮肤晒黑。在欧美，人们认为皮肤黝黑是健美的象征，所以反而在化妆品中要添加晒黑剂，而不考虑对长波紫外线的防护。近年来这种观点已有改变，由于认识到长波紫外线对人体可能产生的长期的严重损害，所以人们开始加强对长波紫外线的防护。

根据生物效应的不同，将紫外线按照波长划分为四个波段:

UVA波段，波长320～400nm，又称为长波黑斑效应紫外线。它有很强的穿透力，可以穿透大部分透明的玻璃以及塑料。日光中含有的长波紫外线有超过98%能穿透臭氧层和云层到达地球表面，UVA可以直达肌肤的真皮层，破坏弹性纤维和胶原蛋白纤维，将我们的皮肤晒黑。360nm波长的UVA紫外线符合昆虫类的趋光性反应曲线，可制作诱虫灯。300-420nm 波长的UVA紫外线可透过完全截止可见光的特殊着色玻璃灯管，仅辐射出以365nm为中心的近紫外光，可用于矿石鉴定、舞台装饰、验钞等场所。09年10月德、意科学家发现【虾青素】能有效地消除【紫外线UVA】对皮肤细胞的伤害。

UVB波段，波长275～320nm，又称为中波红斑效应紫外线。中等穿透力，它的波长较短的部分会被透明玻璃吸收，日光中含有的中波紫外线大部分被臭氧层所吸收，只有不足2%能到达地球表面，在夏天和午后会特别强烈。UVB紫外线对人体具有红斑作用，能促进体内矿物质代谢和维生素D的形成，但长期或过量照射会令皮肤晒黑，并引起红肿脱皮。紫外线保健灯、植物生长灯发出的就是使用特殊透紫玻璃（不透过254nm以下的光）和峰值在300nm 附近的荧光粉制成。

UVC波段，波长200～275nm，又称为短波灭菌紫外线。它的穿透能力最弱，无法穿透大部分的透明玻璃及塑料。日光中含有的短波紫外线几乎被臭氧层完全吸收。短波紫外线对人体的伤害很大，短时间照射即可灼伤皮肤，长期或高强度照射还会造成皮肤癌。紫外线杀菌灯发出的就是UVC短波紫外线。

UVD波段，波长100～200nm，又称为真空紫外线。

（三）紫外线的应用

紫外线由被人类发现至今，在生物学、化学、仪器分析及人体保健等领域的应用越来越普及。紫外线在生物学上重要应用即是将其用来杀菌消毒，以实现对空气和水的净化处理。

紫外线杀菌就是通过紫外线的照射，破坏及改变微生物的DNA（脱氧核糖核酸）结构，使细菌当即死亡或不能繁殖后代，达到杀菌的目的。真正具有杀菌作用的是UVC紫外线，因为C波段紫外线很易被生物体的DNA吸收，尤以253.7nm左右的紫外线最佳，每一粒波长253.7nm的紫外线光子具有4.9eV的能量。紫外线杀菌属于纯物理消毒方法，具有简单便捷、广谱高效、无二次污染、便于管理和实现自动化等优点，随着各种新型设计的紫外线灯管的推出，紫外线杀菌的应用范围也不断在扩大。

当紫外线照射到微生物时，便发生能量的传递和积累，积累结果造成微生物的灭活，从而达到消毒的目的。当细菌、病毒吸收超过3600～65000uW/c㎡剂量时，对细菌、病毒的去氧核醣核酸（DNA）及核醣核酸（RNA）具有强大破坏力，能使细菌、病毒丧失生存力及繁殖力进而消灭细菌、病毒，达到消毒灭菌成效。紫外线一方面可使核酸突变、阻碍其复制、转录封锁及蛋白质的合成；另一方面，产生自由基可引起光电离，从而导致细胞的死亡。细菌中的脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸（RNA）和核蛋白的吸收紫外线的最强峰在254～257nm。细菌吸收紫外线后，引起DNA链断裂，造成核酸和蛋白的交联破裂，杀灭核酸的生物活性，致细菌死亡。

采用紫外线灭菌的最大优异特点即是快速有效，实验结果表面在辐射强度为30000μ

W/cm2的紫外线强度照射下，紫外线对细菌类、病毒类、霉菌孢子类、水藻类、鱼病类等常见病菌的杀菌效率如下表所述：

灭菌对象灭菌时间（s）灭菌对象灭菌时间（s）灭菌对象灭菌时间（s）炭疽杆菌0.3 流感病毒0.3 青霉菌属0.9-3.0

破伤风杆菌0.3 乙肝病毒0.8 蓝绿藻10-40

痢疾杆菌 1.5 嗜菌胞病毒0.2 线虫卵 3.4

大肠杆菌0.4 灰质炎病毒0.8 绿藻 1.2

葡萄球菌属 1.3 黑曲霉0.3-6.7 原生动物类4-6.7

结核杆菌0.4 毛霉菌属 4.6 白斑病 2.7 紫外消毒技术具有其它技术无可比拟的杀菌效率，杀菌效率可达99％～99.9％，而传统氯气、臭氧等化学消毒方法要达到紫外Ｃ的杀菌效果一般需要20分钟至1小时的时间。

紫外线杀菌器杀菌原理是利用紫外线灯管辐照强度，即紫外线杀菌灯所发出之辐照强度，与被照消毒物的距离成反比。当辐照强度一定时，被照消毒物停留时间愈久，离杀菌灯管愈近，其杀菌效果愈好，反之愈差。

紫外线杀菌灯（UV灯）实际上是属于一种低压汞灯，和普通日光灯一样，利用低压汞蒸汽（<10～2Pa）被激发后发射紫外线。不同的是日光灯的灯管采用的是普通玻璃，254nm 紫外线不能透出来，只能被灯管内壁的荧光粉吸收后激发出可见光。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。一般杀菌灯的灯管都采用石英玻璃制作，因为石英玻璃对紫外线各波段都有很高的透过率，达80%～90%，是做杀菌灯的最佳材料。杀菌灯有热阴极低压汞蒸气放电灯、冷阴极低压汞蒸气放电灯等几种结构，可按外型和功率分为多种类型。根据灯管不同有热阴级低压汞蒸汽放电灯、冷阴极低压汞蒸汽放电灯；热阴级低压汞蒸汽放电灯从外型可分为直型、H型、U型管等。为了不同需要，又可分为低

（无臭氧）、臭氧、高臭氧等。深圳中元宏康科技有限公司所采用的紫外线灯管均为波长为254nm的石英制无臭氧型热阴极辉光放电低压汞灯。

石英玻璃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，一般不能封接铝盖灯头，所以杀菌灯的灯头材质多采用胶木、塑料或陶瓷。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的紫外线有最大的吸收，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%，是做杀菌灯的最佳材料，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。高硼灯管的紫外光强度很容易衰减，点灯数百小时后紫外线强度就大幅下降到初始时的50%-70%。而石英灯管在点燃2000-3000小时后，紫外线强度只减到初始时的80%-70%，光衰程度远远小于高硼灯。

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最佳选择。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。

紫外线灯管在使用一段时间后，我门对灯管仍以日光灯观念来评估，以目视可见光芒强弱来判断不可见光强度，这样的方法极易出现误差，从而对杀菌效果产生影响。应从以下几个方面来判定：1.每一种微生物都有其特定的紫外线杀灭，死亡剂量标准，而

K（杀菌剂量）=I（照射强度）x T（照射时间）

从公式可知，高强度短时间与低强度长时间效果是一样的，所以灯管衰退后（使用时间长了以后）应加长消毒时间，确保消毒质量。2.紫外线之穿透能力并不如想象中之高，任何纸片，塑料，普通玻璃等都会大幅度降低其照射强度，所以灯管和玻璃套管应保持清洁（经常使用75%酒精擦拭，如果水中有硬度(钙或镁)物质、铁或锰，那么石英管需要定期清洗。清洗石英管后应戴上专用塑胶手套将石英管小心地装入反应器，装完密封圈要检查有无漏水现象，插上电源，确使侦测灯稳定发光）如果使用地之水质比较浑浊，浑浊度≥5度应加已处理如絮凝、沉淀、过滤等方法，以除去水中各种杂质，否则杀菌效果将大打折扣。3.灯管和套管都应选择以天然水晶为原料的石英玻璃，其价格虽然比普通的高硼砂玻璃贵数倍，但其紫外线穿透率大于80%而高硼砂玻璃小于50%，所以使用寿命非考虑设备外，理应选择石英玻璃灯管，套管为材质。

紫外线杀菌灯的发光谱线主要有254nm和185nm两条。254nm紫外线通过照射微生物的DNA来杀灭细菌，185nm紫外线可将空气中的O2变成O3(臭氧)，臭氧具有强氧化作用，可有效地杀灭细菌，臭氧的弥散性恰好可弥补由于紫外线只沿直线传播、消毒有死角的缺点。石英玻璃在炼制的时候，如果添加足够数量的钛（Ti）元素，就能使透过它的紫外线在200nm 以下发生截止，而对254nm紫外线透过基本无影响。适当控制钛元素的添加量，就可有效的控制185nm紫外线的逸出量。根据这一特点，我们可以制作低臭氧(无臭氧)、臭氧、高臭氧等三种紫外线杀菌灯管。

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。

紫外线杀菌灯的应用：

1.每一种微生物都有其特定紫外线杀灭、死亡剂量标准，其剂量是照射强度与照射时间的乘积（杀菌剂量＝照射强度·照射时间/K=I·t)，即紫外线的照射剂量则取决于紫外线的强度大小以及照射时间的长短，高强度短时间与低强度长时间之照射其效果是相同的。

2.石英灯管使用一段时间后会逐渐老化，紫外线照射强度会发生衰退，为达到彻底消毒的效果，应定期检查测石英灯的照射强度，发现强度不够时应立即更换。紫外线的只能沿直线传播，穿透能力弱，任何纸片、铅玻璃、塑料都会大幅降低照射强度。因此消毒时尽量应使消毒部位充分暴露于紫外线下，定期擦拭灯管，以免影响紫外线穿透率及照射强度。

4.紫外线对人体的的皮肤能产生很大的伤害性，不要在有人的场所使用UV灯，更不要用眼睛直视点燃的灯管，由于短波紫外线不能透过普通玻璃，所以戴眼镜可避免眼睛受伤害。

5.在有人员活动的场所，一般不能使用臭氧灯管，因为臭氧会促进人体的血红蛋白凝结，造成人体供氧不足，发生头晕、恶心的感觉，影响身体健康，特别在臭氧浓度达到＞0.3ppm (mg/m2 )时，将会对人体造成严重的伤害。

6.低压放电灯中之紫蓝色光芒为汞蒸气压，虽然汞蒸气压的强度与紫外线仍然有其关联性，但是并不直接代表紫外线之强度，这也就是说，紫外线的强度无法用肉眼来判定。

7.灯具加反光罩可以保证紫外线能量的集中，另外可以避免给工作人员造成损伤。反光罩一定要用对253.7nm紫外线材料吸引少反射多的材料制作，表面氧化抛光处理过的铝对短波紫外线的反射系数最大，所以一般紫外线灯具的反光系统均用铝材制成。

根据253.7Ao波长的紫外线，能破坏微生物DNA并致死的原理而设计的，具有杀菌力强，寿命长、支行稳定可靠等优点，其杀菌效率≥99%，进口灯管使用寿命≥9000小时，广泛用于：①食品加工工业水体消毒，包括果汁、牛奶、饮料、啤酒、食用油及各类罐头、冷饮制品等用水设备。②医院、各类实验室用水消毒，以及高含量致病体废水消毒。③生活用水消毒，包括居民住宅小区、办公大楼、自来水厂、旅馆餐厅等。④生物化学制药，化妆品生产用冷却水消毒。⑤水产品加工用水净化消毒。⑥游泳池、水上娱乐设施用水消毒。⑦海水、淡水育苗养殖（鱼、鳗、虾、贝壳类等）用水消毒。⑧电子工业用超纯水，等等。

紫外线杀菌器的维护、保养：

①紫外线杀菌器使用的最佳条件为：水温：5℃－50℃相对温度：不大于93%（温度25℃时）电压：220±10V 50Hz 进入处理设备饮用水的水质，其1cm的透射率为95%－100%。如需要处理的水质低于国家标准时，如色度高于15度，浊度高于5度，含铁量高于0.3毫克/升，先采用其它净化和过滤等方法，使其净化达标后用紫外线杀菌设备。

②定期检查，确保紫外线灯的正常运行。紫外线灯应持续处于开启状态，反复开关会严重影响灯管的使用寿命。

③定期清洗：根据水质情况，紫外线灯管和石英玻璃套管需要定期清洗，用酒精棉球或纱布擦试灯管，去除石英玻璃套管上污垢并擦净，以免影响紫外线的透过率，而影响杀菌效果。

④灯管的更换：进口灯管连续使用9000小时，或一年之后，应更换紫外线灯管，以确保高杀菌率。更换灯管时，先将灯管电源插座拔掉，抽出灯管，再将擦净的新灯管小心地插入杀菌器内，装好密封圈，检查有无漏水现象，再插上电源。注意勿以手指触及新灯管的石英玻璃，否则会因污点影响杀菌效果。

⑤预防紫外线辐射：紫外线对细菌有强大的杀伤力，对人体同样有一定的伤害，启动消毒灯时，应避免对人体直接照射，必要时可使用防护眼镜，不可直接用眼睛正视光源，以免灼伤眼膜。

（四）紫外线的危害

紫外线照射时，眼睛受伤的程度和时间成正比，与照射源的距离平方成反比，并和光线的投射角度有关。

紫外线强烈作用于皮肤时，可发生光照性皮炎，皮肤上出现红斑、痒、水疱、水肿、眼痛、流泪等；严重的还可引起皮肤癌。

紫外线作用于中枢神经系统，可出现头痛、头晕、体温升高等。作用于眼部，可引起结膜炎、角膜炎，称为光照性眼炎，还有可能诱发白内障，在焊接过程中产生的紫外线会使焊工患上电光性眼炎（可以治愈）。

虽然紫外线在一年四季都存在，冬季太阳光显得比较温和且北方多雾，但紫外线仅仅比夏天弱约20%，仍然会对人体皮肤和眼睛等部位造成很大危害，所以冬季仍需避免紫外线照射。长期紫外线照射最易造成皮肤产生各种色斑。所以，即使是在寒冷的冬天，户外活动时也应涂抹隔离霜或防晒霜。当然，SPF指数在15就足够了。如果是外出进行滑雪运动或在雪地里长时间停留时，最好还是戴上护眼镜，以防止紫外线和雪地强白光对眼睛的刺激。

近年来，大量化学物质破坏了大气层中的臭氧层，破坏了这道保护人类健康的天然屏障。据国家气象中心提供的报告显示，1979年以来中国大气臭氧层总量逐年减少，在20年间臭氧层减少了14%。而臭氧层每递减1%，皮肤癌的发病率就会上升3%。目前，北京市气象局发布了北京市的紫外线指数，以帮助人们适当预防紫外线辐射。

北京市气象局提醒人们当紫外线为最弱（0—2级）时对人体无太大影响，外出时戴上太阳帽即可；紫外线达到3—4级时，外出时除戴上太阳帽外还需备太阳镜，并在身上涂上防晒霜，以避免皮肤受到太阳辐射的危害；当紫外线强度达到5—6级时，外出时必须在阴凉处行走；紫外线达7—9级时，在上午10时至下午4时这段时间最好不要到沙滩场地上晒太阳；当紫外线指数大于等于10时，应尽量避免外出，因为此时的紫外线辐射极具有伤害

性。

紫外线具有一定的杀菌作用，但过度照射紫外线对人体是有害的。请不要相信通过摄入紫外线可以弥补孩子所缺的维他命D和钙。由于人工化学物质CFC（氟利昂）等持续破坏着臭氧层。紫外线对人类的威胁日益增加。即使在阴天紫外线的含量也高达晴天时的90%。为了给孩子们打造更加美好的生活环境，我们强烈建议家里对紫外线进行遮蔽。根据最新知识，我们体内一天所需的维他命D，脸部和手暴露在紫外线下10分钟就可以满足，我们日常出门照射的已经足够了了。

紫外线对健康的危害：

1.免疫功能下降；

2.对遗传因子的深度伤害；

3.皮肤癌、白内障发病几率增加；

4.背后和手脚的色斑癌的发病率增加；

5.造成皮肤暗沉、老化、斑点、皱纹；

6.癌前病变状态的日光角化症的增加；

7.长期照射短波的紫外线可能会引起牙齿痛；

8.紫外线也会促使家具及陈设加速老化褪色。