紫外线基础知识

紫外线的概念
紫外线是一种波长位于可见光和X射线之间，波长在100～400nm之间的电磁波。

UV 是紫外线的缩写。

紫外线具有很多自己独特的特点，如紫外线的荧光效应、生物效应和光化学效应。

能透过臭氧保护层和云层到达地球表面的太阳光线（290nm—2000nm）中紫外线约占13％，只有UVA和UVB两部分，其中UVA占97％，UVB占3％，UVC接近于0。

对人皮肤损伤的只有UVA、UVB。

紫外线的分类
根据作用效果的不同，将紫外线按照波长划分为四个波段:
UVA波段，波长315～400nm，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。

UVA紫外线有附着色素及光化学作用，称为化学线。

UVB波段，波长280～315nm，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。

UVB紫外线有促进维生素的作用，成为健康线。

UVC波段，波长200～280nm，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。

它的穿透能力极弱。

它能使空气中的氧气氧化成臭氧，称为臭氧发生线。

空气中的氧气（O2）在紫外光的照射下，发生光解作用，产生臭氧（O3）。

臭氧是一种有效的氧化剂，能够杀灭水中或空气中的细菌、病毒，可用于蔬菜清洗和空气等的消毒。

水中的水分子（H2O）、臭氧（O3）、氧气（O2）及双氧水（H2O2）等在紫外线的辐射下发生着复杂的光化学反应，并通过在水中形成具有比臭氧（O3）和氯更强的氧化能力的羟基自由基（-OH）对水中的有机污染物、微生物污染等进行彻底的降解。

真空紫外线的灯管和套管需要采用极高透光率的石英，一般用半导体行业降解水中的TOC，不用于杀菌消毒。

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）或RNA(核糖核酸)的分子结构，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。

紫外光消毒技术是基于现代防疫学、医学和光动力学的基础上，利用特殊设计的高效率、高强度和长寿命的UVC波段紫外光照射流水，将水中各种细菌、病毒、寄生虫、水藻以及其他病原体直接杀死，达到消毒的目的。

就杀菌速度而言，UVC处于微生物吸收峰范围之内，可在1s之内通过破坏微生物的DNA结构杀死病毒和细菌，而UVA和UVB由于处于微生物吸收峰范围之外，杀菌速度很慢，往往需要数小时才能起到杀菌作用，在实际工程的数秒钟水力停留（照射）时间内，该部分实际上属于无效紫外部分。

真空紫外光穿透能力极弱，灯管和套管需要采用极高透光率的石英，一般用半导体行业降解水中的TOC，不用于杀菌消毒。

因此，给排水工程中所说的紫外光消毒实际上就是指UVC消毒。

研究表明，紫外线主要是通过对微生物(细菌、病毒、芽孢等病原体) 的辐射损伤和破坏核酸的功能使微生物致死，从而达到消毒的目的。

紫外线对核酸的作用可导致键和链的断裂、股间交联和形成光化产物等，例如DNA中的THYMINE二聚等，从而改变了DNA的生物活性，使微生物自身不能复制，这种紫外线损伤也是致死性损伤。

紫外线杀菌属于纯物理消毒方法，它不向水中增加任何物质，没有副作用，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。

紫外线可以杀灭各种微生物，包括细菌繁殖体、芽胞、分支杆菌、病毒、真菌、立克次体和支原体等，具有广谱性。

没有副作用是它优于氯化消毒的地方。

紫外线杀菌通常与其它物质联合使用，常见的联合工艺有UV+H2O2、UV+H2O2+O3、UV+TiO2，这样，消毒效果会更好。

紫外线杀菌灯的结构
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，253.7nm 紫外线不能穿透出来，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。

因成本关系与用途不同，也有用紫外线穿透率＜50%的高硼砂玻璃管代替石英玻璃的。

高硼玻璃的生产工艺与节能灯一样，因此成本很低，但它在性能上远比不上石英杀菌灯，其杀菌效果有相当大的差异。

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%。

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。

石英紫外线灯产生的紫外线强度高，是高硼灯的1.5倍以上，并且紫外线辐射强度寿命长，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。

不同材料制造的紫外线灯成本和性能也不一样。

真正高强度、长寿命的紫外线灯必需是采用石英玻璃制造，这种灯也叫石英杀菌灯。

最可靠的分辨方法是用紫外线辐照度计254 nm 探头来测，同样功率，254 nm紫外线强度最高的是石英紫外线灯。

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。

石英玻璃熔点高，膨胀系数低，如果同时放在火中加热，高硼玻璃熔点低。

加温后同时放在水中急冷，不会碎裂的是石英玻璃。

高硼玻璃紫外线灯和石英紫外线灯在外观上比，石英紫外线灯一般不能装铝盖灯头，灯头材质用塑料，胶木或陶瓷，灯头外径要比玻璃管粗；高硼玻璃都可采用自动化程度较高的圆封的生产工艺，其工艺与日光灯生产一样，可用铝灯头。

还一种透紫外光较高的普通玻璃，比高硼玻璃要高得多，比石英玻璃略低。

但光衰比石英杀菌灯大，并且不能产生臭氧。

菲利浦生产的一种杀菌灯上的灯管就使用这种玻璃制作。

紫外线杀菌灯的种类
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。

消毒柜一般采用高臭氧型。

如何识别真假石英紫外线灯
石英紫外线灯具有优势，那么如何识别真假。

不同波段的紫外线杀菌能力不同，只有短波紫外线（200-300nm）才能对细菌有杀灭能力，其中在250-270nm范围杀菌力最强。

涂
了荧光粉的灯管，不管是用何种玻璃制造都不可能发出短波紫外线，更不可能产生臭氧，因为经荧光粉转换发出的谱线，波长最短为300 nm附近。

在消毒柜里经常能看到的是灭蚊灯，只能产生365nm谱线和一部分蓝色光，它的功能除了能把蚊子吸引过来之外，是根本没有消毒作用的。

对于一些使用普通玻璃管制造的所谓"紫外线灯"，这种灯是不含紫外线的，用一个简单的方法测试：把这种灯在节能灯或日光灯旁边点亮，它不能激化管内荧光粉发光，就可证实它是名符其实的假冒伪劣产品。