紫外光杀菌原理

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2022-06-23

【摘要】:

深紫外线消毒的基本原理。
深紫外线消毒的基本原理。
 
为什么用深紫外线能消毒,而不是用蓝光,绿光,红外光呢?
 
光是辐射波的一种,以电磁波形式或粒子形式来传播能量,可遵循下边几个光化学定律以及定则:
 
  • 光化学第一定律
    光必须被物质分子吸收才能发生光化学反应。
     
  • 光化学第二定律
    一个被吸收的光子只能够活化一个分子参与反应。
     
  • 光化学反应
    物质一般在可见光或紫外线的照射下而引发的化学反应, 是由物质的分子吸收光子后引发的反应。
     
  • 最基本的光化学过程
    当分子吸收的光子能量大于或等于分子的某化学键的离解能时,分子就会直接离解——光解离。

    我们平常习惯讲到波长的长短,那波长和能量又有什么联系?
     
    能量与波长转换的公式:
     
    E(能量)=1240/λ(波长)
     
    该公式推导过程如下:
     
    单位:
     
    E(能量)—eV (电子伏特);
    h(普朗克常数) —6.63×10-34J•s(焦耳•秒);
    k(常数)—1.6×10-19J/eV;
    C(光速)— 3×1017nm/s;
    λ(波长)—nm;
     

     

    E(能量)=1240/λ(波长)
     
    从以上公式易知:波长越短,频率越高,能量越强,所以是更短波长的深紫外能够具有更强的光子能量去进行杀菌消毒
     

    理论上被物质分子所吸收的光子能量大于分子化学键键能就可以打断化学键。

     

    例如: 

    某一款UVC产品的波长在280nm波段区间,那么由能量与波长转换的公式可计算出 E≈4.51eV。
     
    再结合上图所示几种常见化学键键能,可得出4.51eV大于化学键C-H的平均键能4.31eV,那么可以打断化学键C-H。
     
    从上面的结论,我们可以例举常用的几个结果:
     

    1. 波长达到或低于240.3nm会打断空气中的氧氧键O2,产生更加稳定的臭氧键O3。所以我们市场量产化的UVC LED光谱在250-280nm,半波宽在10nm左右,是不会产生臭氧(有毒,有气味,对人体不好)。汞灯含低于240.3nm的光谱,所以汞灯会产生臭氧。

    2. 胸腺嘧啶(C5H6N2O)中的CH键在287.7nm就能够打断,对细菌和微生物进行灭活。

     

    那么,大家可以结合本篇文章的结论去推算自己想要的结果。
     
    下篇文章,我们将继续深入了解UVC LED的应用基理和推算。

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