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紫外线臭氧灯的工作原理

0 生活 | 2020年3月6日

紫外线杀菌灯与日光灯、节能灯发光原理一样,灯管内的汞原子被激发产生汞的特征谱线。[瞬间高压击穿汞蒸气,使其成为导电的电离状态,并发光。]低压汞蒸气主要产生254nm和185nm紫外线。

日光灯、节能灯灯管采用的是普通玻璃,管壁涂抹有荧光粉,紫外线不能透出来,被荧光粉吸收后发出可见光;

而杀菌灯灯管则用透紫钱玻璃或石英玻璃生产。紫外线穿过玻管壁透射出来。

254nm波长的紫外线很易被生物体吸收,作用于生物体的遗传物质DNA,使DNA遭到破坏而导致细菌死亡。

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波长200~290nm的紫外线能穿透细菌、病毒的细胞膜,给核酸(DNA)以损伤,使细胞失去繁殖能力,达到快速杀菌的效果。波长200nm以下的短波长紫外线能分解O2分子,生成的O*与O2结合产生臭氧O3。紫外线和臭氧具有强的氧化分解包括恶臭在内的有机分子的能力, UV/O3并用的相乘作用在空气净化处理中发挥强大威力。

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185nm波长紫外线与空气作用可产生有强氧化作用的臭氧,可有效地杀灭细菌。

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紫外线杀菌灯产生臭氧的原因是由于波长 200nm 以下的短波长紫外线能分解O₂分子,生成的 O*与O₂结合产生臭氧O₃。具体的反应过程如下。

3O₂+hv=2O₃,其中hv为合适的波长能量。

紫外线是阳光中波长为10~400纳米(nm)的光线,可以分为UVA(紫外线A,波长320~400纳米,长波)、UVB(波长280~320纳米,中波)、UVC(波长100~280纳米,短波)3种。

只有当紫外线的波长不大于200nm时,才能被空气中的O₂吸收,从而发生反应生成O₃。

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紫外线的波段类别

紫外线根据波可分为近紫外线UVA,远紫外线UVB和超短紫外线UVC。

(1)短波UVC

短波紫外线简称UVC,是波长200~280nm(纳米)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,不能到达地球表面。短波紫外线对微生物的破坏力极强,当该波段的紫外线照射细菌体后,细胞的核蛋白和脱氧核糖核酸(DNA)强烈地吸收该波段的能量,它们之间的链被打开断裂,从而使细菌死亡。如用紫外线汞灯或金属卤化物灯对空气和食品灭菌。

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臭氧可以吸收紫外线,就是由于分子结构使其可以与某种特定能量的紫外线发生共振。严格的说,紫外线的能量也是在一定范围内的,臭氧擅长的,只是吸收其中特定的一部分。不过,它吸收的部分恰好是容易导致皮肤癌的“凶手”。

其实,这样的共振对于很多种分子都是普遍存在的,只是吸收的电磁波各自不同而已。分子吸收电磁波,主要是源于一种称为“共振”的物理现象。比如,我们以前常说大部队走过桥时千万别齐步走,就是怕步伐的振动与桥梁固有的振动(振动总是客观存在的,只是某些微弱的我们很难感受到,但是仪器可以测出来。)“叠加”,加剧了桥梁振动导致塌方。这就是一种常见的“共振”现象。与之类似,分子内部的运动也存在着相当于不同能量等级的“振动”,当外加能量(比如某种特定能量的电磁波)恰好等于两个不同能量级的能量差时,分子就会吸收该外加能量,这就是原子分子水平上的“共振”。

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(2)中波UVB

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。由此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。

(3)长波UVA

UVA是波长 315~400nm 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。


紫外线的正向作用

(1)灭菌作用

紫外线灭菌作用,短波紫外线对微生物的破坏力极强,当该波段的紫外线照射细菌体后,细胞的核蛋白和脱氧核糖核酸(DNA)强烈地吸收该波段的能量,它们之间的链被打开断裂,从而使细菌死亡。如用紫外线汞灯或金属卤化物灯对空气和食品灭菌。

(2)保健作用

波长在 280~320 纳米的月波紫外线照射人体后,能引起皮肤肌体的光化学过程和光电反应,使皮肤产生许多活性物质,从而起到健康保健的作用。采用紫外线照射调节高级神经的功能、改善睡眠、降低血压。经常接受紫外线照射能加强白血球的吞噬能力,增强人的免疫功能。

(3)分解有机物

在建筑材料或家用电器材料表面加入(或涂覆)少量的纳米级二氧化钛粉末,可以吸附挥发性有机物VOC (如甲醛、苯,甲苯、乙醇、氯仿等),用紫外线照射后可分解这些有机物。


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