紫外线照射杀菌

UVGI的应用
房间上方UVGI装置是一种有效的环境控制 措施，可以杀灭由人类产生的或者传染源 不明确的空气传播的病原体，例如结核分 支杆菌。
设计良好、安装正确并维护适当的房间上 方UVGI系统可以加强对医务人员的保护， 同时也保证了房间下方空间的安全性。
影响房间上方UVGI系统效力的因素
UVGI辐照 ➢ 微生物对UVGI辐照的敏感度（微生物对紫 外线的存活度与它的敏感度有直接的关系 ，每一个物种各不相同） ➢ 微生物接受UVGI的辐照量（或者微生物的 数量）
/ 8 x 3,600 sec = + 0,2 µW/cm2
备注 ➢ UVGI通过影响核酸（DNA）的分子结构直接或间接地破坏
活性细胞 ➢ 光生物反应发生时，UVGI的光子（254nm）碰撞一个细胞
，并对细胞或基因产生破坏，这样导致细胞死亡或无法成功 复制。
影响房间上方UVGI系统效力的因素
▪ 通风
➢ 较高的ACH可以清除大量的微生物 ➢ 但是会缩短微生物在辐照区域的停留时
注量率 = 影响房间上方辐照区域的颗的平 均UV注量率（常用单位：µW/cm2）
剂量与辐照强调的关系
辐照强度 = 剂量/暴露时间 剂量常用单位：mJ/cm2 暴露时间（也称为允许的暴露时间）
常用单位：小时 辐照强度常用单位：µW/cm2 单位应该一致 举例：
➢ 阈限值 TLV（剂量） = 6 mJ/cm2 = 6,000 µJ/cm2 ➢ 暴露时间 = 8 小时 = 8 x 3,600 秒 ➢ 辐照强度= 剂量(D)/暴露时间(T) = 6,000 µJ/cm2
➢ 定期（每月）用布蘸着酒精清洁灯具和装置表 面（反光罩），在用柔软的棉布擦干
➢ 如果比较脏，一个月清洁两次或更多次（如果 灰尘较多，使用酒精清洗之前先用纸巾擦拭）
➢ 如果灯具较脏： 功率会降低5%到10% ➢ 任何测量之前，应该对其进行清洁
潮湿可以保护微生物
% 微生物 存活率
相对湿度
UV剂量单位µW.s/cm2
➢ 管道内 受空气流通量的限制
➢ 房间上方 一次消毒的体积较大
UVGI : 感染控制措施的一种补充
需要有效的空气混合： 理想的空气流动是飞沫核所在的房间下方 和房间上方辐照区域之间的对流
不会提供新鲜的空气或者改变气流方向 当湿度> 60% 时，效率大幅下降 采取必要的措施防止对皮肤和眼睛的短期
大多数医疗卫生机构的温度为20-24 ºC
➢ 湿度: 不要大于60% ➢ 空气混合: 风扇使空气良好
的混合
房间上方UVGI的效力: 24小时/7天模式
房间上方的UVGI应连续开启使用（维护时除外）, 白天与黑夜不间断。因为经常开关，尤其间隔时 间小于或者等于3小时，会大大地降低灯具的寿命
如果使用UVGI测量表时，在1米距离所测量的辐 照强度低于以下标准时，应该更换灯具
影响 但是
UVGI : 感染控制措施的一种补充
但是 能够达到10-20 ACH等同的功效
eACH 环境控制措施（如房间上方 UVGI）杀灭或者灭活空气传播微生物的效 力与用ACH衡量的通风清除房间内空气传 播微生物的效力相当（相等）。
典型杀菌灯
➢由磁或电镇流器调节输入电流 ➢使用特殊的紫外线透射玻璃作为灯壳，以最大限度地 增加UV-C的辐照量 ➢大约95%的辐照为254nm的UV ➢当更换紫外线消毒灯时，会含有少量的汞（< 5 mg）
注量率（通量率）
➢ 到达微小球面的能量通量 ➢ 单位: W/m2 ➢ 对房间的上方重要(杀灭微生物)
注量（也称为UV “剂量”）
➢ 通过平面面积的辐照能量 ➢ 单位: J/m2 ➢ 注量率 x 时间
房间上方UVGI:如何工作?
偏离UV辐射区域
离 （地 英面 尺的 ）距
离
UVGI装置
杀菌区域
距离装置背面的距离 （英尺）
影响房间上方UVGI系统效力的因素
▪ 湿度（相对湿度），相对湿度< 60%
✓ 相对湿度增加，UVGI的功效降低 ✓ 如果相对湿度较高，需要更高的UV辐照强
度以达到同等功效
✓ 相对湿度< 25% ，UVGI的功效也会降低！
▪ 相对湿度> 80%，修复机制（例如光复活
作用 - 微生物对UVGI破坏其DNA的修复能 力）
美国标准100 µW/cm2 中国标准70 µW/cm2
由于日晒（结霜）、内壁的金属沉积、反复开关 灯具，这些会使灯具的寿命逐渐衰减
UVGI的效力
清洗时，使用70%的酒精（绝不能使用肥皂 或洗涤溶剂） - 清洁前务必关闭灯具
➢ 清洗灯具时，应该戴干净的棉手套避免手上的 油的沉淀，以免降低发射功率
潮湿可以保护微生物
杀 菌 效 力
相对湿度%
房间上方UVGI的安全性
254 nm UV-C的TLV(阈限值) 在6 mJ/cm2 下暴露 8 小时 （美国职业暴露限值，不应该超过的剂量）
➢ 连续注视8小时(不眨眼)，辐照强度 > 0.2 µW/cm2 时会 导致眼睛刺痛和/或皮肤刺痛
➢ 让我们做一比较: 在 240 µW/cm2 的辐照强度下，你在户 外进行2个小时的日光浴！（哪一个是最危险的？）
所有空气消毒策略的局限性
1,200,000
# droplet nuclei
通风
1,000,000 800,000
每小时换气次数（ACH）
飞 沫 核
HEPA过滤
数
受空气流通量的限制
600,000 400,000
200,000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ACH
UV空气消毒
因用低压汞蒸气发射灯（25-35% 的输入电能 转变为UV-C能，而 253.7 nm的波长最强）容易产 生该光波
UVGI应用的简短历史
UV : 德国物理学家Johann Wilhelm Ritter在1801年发现 了UV
1903年，由于在光疗法方面的贡献，Niels Finsen获得 了诺贝尔生理学奖（1880年使用UV-B治疗皮肤病）
计算
➢ 30%转变为UV-C的能量: 9 W ➢ 每 m2: 0.5 W/m2 ➢ 每 cm2: 50 µW/cm2
UVGI的效力
影响UVGI效力的因素：
➢ 数量、型号、功率、装置的位置 + 保持其清洁 ➢ 寿命: 灯的寿命 = 使用小时
1 年 (连续使用) = 8,736小时（24x7x52）+安全因素 例如飞利浦9,000小时（使用9,000小时后紫外线 灯的输出功率降低20%） ➢ 温度: 理想的标称温度为21ºC (70 ºF)
▪ 温度 (理想范围20 - 24ºC)
UVGI的主要概念
容易产生254 nm的UV
➢ 通过低压汞蒸气发射灯
对皮肤/眼睛的穿透力较弱
➢ 因其很活跃 – 被外层吸收 – 保护了核酸
容易杀灭微生物
➢ 微生物体积微小，它的核酸暴露在外
UVGI的效力
光性角膜炎
相
杀菌性
对
效
力
皮肤癌 皮肤红斑
波长（纳米）
在1910年法国（马赛）大规模地用于水净化 在1936年用于减少术后感染 在1937年用于学校的通风系统中，以降低麻疹的发病
率（在1935年Wells证明麻疹是空气传播疾病之后） 在20世纪50年代末期和60年代初期，Riley实验证明了
空气管道中高强度的UVGI可以杀灭结核分支杆菌或 降低其毒力。
现有的UVGI固定装置
通风管道中的UV
(或房间用便携式空气消毒装置)
现有房间上方UVGI的使用
用于医院的候诊室、门诊、急 诊室、隔离室和处置室
用于庇护所、监狱、流浪者避 难所 (即聚集场所)
老式UVGI固定装置
不能代替负压隔离室或至少有 6 ACH的通风环境
房间上方UVGI空气消毒 以整个房间作为管道
紫外线照射杀菌 （UVGI）的介绍
空气消毒的组成部分
提示: 一些物理学概念
可见光(对于人类): 从紫色至红色, 也就是波 长约380 至 780 nm (纳米)
✓ 紫外光 < 380 nm (频率为790 THz) ✓ 可见光 ✓ 780 nm < 红外线 (频率为380 THz)
紫外线能（电磁辐射）不是“光”: 紫外线 “灯”不存在!
2.1 m (7ft)
消毒过的空气 置换
污染的热空气上升
浆扇确保良好的空气混合/空气循环不能太快， 这样空气中的微粒才有足够的时间被辐照
室外 空气
净化区域
UVGI & 通风
排气
空调机 供应
UV 源
回收
医务 人员
患者
和探 视者
阻止TB传播的方案
多数房间上方装置的设计目的是阻止结核 病的传播，自污染最重的区域至污染最小 的区域
更安全和更有效的UVGI固定装置 的快速发展
为适应现代建筑低天花板设计的百叶窗式固 定装置
➢ 减少房间居住者对直接下射UV的暴露
➢ 减少从天花板到房间居住者的反射
➢ 新型镇流器可以将谐波失真限制在10％以内（医 疗卫生机构更多地配备了敏感的电子设备）
电镇流器 抛物线型UV反射装置
可调功率输出器
对微生物的剂量 通量 (J/m2)
对人类的剂量 辐照强度(W/m2) x 暴露时间
剂量 – 注量 – 注量率
剂量 = 单位体积、器官和人吸收的辐射能量 微生物接受UVGI的剂量通常相当于注量，
常用单位：µJ/cm2
注量和UV剂量稍有不用。UV剂量指所吸收 的UV能量总和，而注量仅仅指辐射（通过平 面面积的辐射能量）
紫外线的频带是可见光光普中X光区域到蓝 光区域，波长从100到400nm
THz = 太（拉）赫, 即1012 赫兹
紫外线频带
紫外线（UV）辐射（紫外线能）被分成3个频带:
✓ UV-A: 400-315 nm （长波长）
• 有穿透力, 棕褐色, 用于工业 • 存在于自然光和人工光源中
✓ UV-B: 315-280 nm（中波长）
间 ➢ 机械通风达到6ACH时，UVGI系统杀灭
微生物的比例可以增加。
影响房间上方UVGI系统效力的因素
▪ 垂直的空气混合可以使空气流向房间上方辐
照区域，它的影响因素如下（假设空气是均 匀地混合）
✓ 输入空气和房间空气的温度差 ✓ 供气扩散器和排气网的位置 ✓ 机械通风率 ✓ 环境的变化（冬天的暖气、夏天的空调） ✓ 排气扇的使用
安全开关
百叶窗 单针线性UVC灯管
UVGI 装置
安装在天花板或墙壁上 ➢ 设计UVGI系统时应考虑房间的高度 （2.4m）
灯有百叶窗（平行板）遮挡，并涂有非反射 性材料 ➢ 可以将辐射导向上方（小角度3-5º），狭窄 的光束向外辐射，在上方空气中产生强烈 的UVGI辐射区域； ➢ 最大程度减少了房间下方UVGI的辐射水平
壁装式百叶窗UVGI装置: UV-C 类似的辐射图
房间平面图
距
离
装
置
背
板
的
距
离
（
英
尺 ）
覆盖的地面面积24.2m2
(不少于10微瓦/cm2)
距离装置中心的距离（英尺）
UVGI系统的理想条件
尽可能提供等量的房间上方辐射
有效杀灭或者灭活在空气传播飞沫核中的分支杆菌（ 结核分支杆菌）的经验法则（天花板的高度为2.4米） ➢ 地面面积 ✓每 18 m2 需要30 W的装置 ➢ 房间上方的空气量 ✓至少需要6 W/m3 UV-C ➢ 房间上方辐照区域的注量率在30到50 µW/cm2 ➢ UV-C辐射（灯的输出功率）> 187 µW/cm2
现有的UVGI装置
狭窄的光束
再给一些物理方面的提示
功率
瓦特
能量
焦耳
功率与能量的关系
1 W = 1 J / 1 s (或1 W x 1 s = 1 J)
UV的能量 光子(或电磁波)
UV的功率 UV能量的流动率
J/s 很少应用
W 经常使用
还是有关物理学
辐照强度
➢ 到达平面的能量通量 ➢ 单位: W/m2 ➢ 对房间的下方重要(安全性)
• 穿透力较弱，但生物学活性较强 • 存在于自然光和人工光源中 • 与UV-A结合可以导致皮肤癌和白内障
✓ UV-C: 280-100 nm（短波长）
• 对皮肤和眼睛有极小的穿透力 • 只存在于人工光源中 • 但是…
UV-C的生物学活性
但是 ✓ 对微生物具有高度的生物学活性 ✓ 用于杀菌时，仅使用253.7 nm的UV辐射，
➢ 对流: 同一房间或空间 ➢ 再循环: 通风环路中的任何地方 ➢ 临近处: 被“咳嗽到”
如果条件允许，应考虑针对整个建筑物的 措施
UVGI的效力
对于结核病， 10 µW/cm2 （房间上方辐照 区域最小的注量率）停留时间 120 秒 ，可 以杀灭99%的微生物
常规装置: 每18 m2 使用输入功率为30 W的 UV灯(这是实际状况下的需求)