臭氧消毒原理解读

　　臭氧是氧气的同素异形体，化学式为O3，活泼性强，易分解，易溶于水，在常温下为淡蓝色、具有独特的腥臭味的气体，其密度是空气的1．6倍，在空气中易于沉降扩散。在酸性介质中，其还原电位仅次于氟，是氯的600倍，为已知强的氧化剂之一。臭氧广泛存在于自然界中，雷雨过后的空气有一种“清新”的感觉便是因为雷雨作用于空气产生臭氧。
　　由于臭氧的强氧化性和广谱性，因而具有消毒、杀菌、除臭、防霉、保鲜等功能。臭氧在其消毒杀菌过程结束后具有自解还原成氧气，不产生任何残留和二次污染的特性，因而被称为“绿色环保元素”，实属当今人类理想的消毒杀菌方式之一，越来越广泛地应用于化工、石油、纺织、食品及香料、制药等各个领域。
　　
　　一、臭氧消毒的特点
　　高效性 臭氧是一种高效灭菌剂。国际卫生组织对消毒灭菌剂的功效，曾进行过归纳比较，对大肠杆菌的杀灭效果为：好的是臭氧（O3），次之是次氯酸（HClO）＞二氧化氯（ClO2）＞银离子（Ag＋）＞次氯酸根（ClO－）＞高铁酸盐（FeO42－）＞氯氨（NCl3）。臭氧灭菌速度较氯气快600～3000倍。
　　高洁性 臭氧是利用空气中的氧气产生的，消毒氧化过程中，多余的氧原子（O）在30 min后又结合成为氧分子（O2），不存在任何有毒残留物，故称“环保消毒剂”。
　　广谱性 臭氧对细菌、病毒等微生物内部结构有极强的氧化破坏性，可达到杀灭细菌繁殖体、芽孢、甲乙型肝炎病毒、真菌和原虫胞囊等各种细菌，以及破坏肉毒杆菌的毒素及立克次氏体等。臭氧还具有很强的除霉、腥、臭等有机异味的功能，对中药材及其他原辅材料的防霉、防虫蛀等有明显的作用。同时，除铂、金、铱、氟外，臭氧几乎可与周期表中所有的元素反应，并可将过渡金属元素氧化到较高或高氧化态，形成更难溶的氧化物。对于氟以外的非金属元素，臭氧也可将其从各种低氧化态氧化，直至出现高氧化态。因此，臭氧可用于消除酚、氰、亚硫酸盐、亚硝酸盐等多种有机或无机污染物、有毒物。
　　经济性 通过臭氧消毒灭菌在诸多制药行业GMP中的应用，以及医疗卫生单位的使用及运行比较，臭氧消毒方法与其他方法相比具有很大的经济效益和社会效益。
　　
　　二、臭氧消毒的原理
　　臭氧的灭菌机制类属于生物化学氧化反应。臭氧极不稳定，分解时释放出自由基态氧［1］：O3O2＋［O］自由基态氧［O］具有强氧化能力，可以穿透细胞壁，氧化分解细菌内部氧化葡萄糖所必须的葡萄糖氧化酶；也可以直接与细菌、病毒发生作用，破坏其细胞器和核糖核酸，分解DNA、RNA、蛋白质、脂质类和多糖等大分子聚合物，使细菌的物质代谢生长和繁殖过程遭到破坏；还可以渗透细胞膜组织，侵入细胞膜内作用于外膜脂蛋白和内部的脂多糖，促进细胞的溶解死亡，并且将死亡菌体内的遗传基因、寄生菌种、寄生病毒粒子、噬菌体、支原体及热原（细菌病毒代谢产物、内毒素）等溶解变性灭亡。
　　
　　三、臭氧的产生方法
　　臭氧的产生可采用电晕放电法、电解与紫外线法。目前应用较多的是电解法和电晕放电法，紫外线法应用较少。
　　1、电解法
　　国外多利用电解法产生臭氧，该法创始于1840年。其原理是用低压直流电电解水，使特制的阳极界面氧化产生臭氧。电解法在阳极析出臭氧，阴极析出氢气。该发生器可产生较高浓度臭氧，且产物中无有害氮氧化物，因而具有广阔的应用前景，国内已有研制和生产。
　　2、电晕放电法
　　利用交变高压电场使含氧气体产生电晕放电，（电晕现象是高压导线周围的发光现象，是由带电导线周围的空气受电场的影响而变成导电体引起的）电晕中的自由高能电子离解氧气分子，氧原子经三体碰撞又聚合成O3，如下式［1］。其方法是先将氧气或空气经干燥等预处理，再使之进入放电室电离。该法只能得到含有臭氧的混合气体，不能得到纯的臭氧，设备费用高，且可产生有毒的氮氧化合物。
　　3、紫外线法
　　波长短于200 nm的紫外线能使空气中的氧分子电离，产生臭氧，原理如下式［1］。高臭氧紫外线灯即是利用紫外线产生臭氧，通过紫外线和臭氧的协同作用以杀菌。这种方式所产生的臭氧量较低。
　　
　　臭氧消毒优点：
　　臭氧灭菌为溶菌级方法，杀菌彻底，无残留，杀菌广谱，可杀灭细菌繁殖体和芽孢、病毒、真菌等，并可破坏肉毒杆菌霉素。另外，O3对霉菌也有极强的杀灭作用。O3由于稳定性差，很快会自行分解为氧气或单个氧原子，而单个氧原子能自行结合成氧分子，不存在任何有毒残留物，所以，O3是一种无污染的消毒剂。O3为气体，能迅速弥漫到整个灭菌空间，灭菌无死角。而传统的灭菌消毒方法，无论是紫外线，还是化学熏蒸法，都有不彻底、有死角、工作量大、有残留污染或有异味等缺点，并有可能损害人体健康。如用紫外线消毒，在光线照射不到的地方没有效果，有衰退、穿透力弱、使用寿命不长等缺点。化学熏蒸法也存在不足之处，如对抗药性很强的细菌和病毒，则杀菌效果不明显。
　　
　　臭氧消毒效果：
　　臭氧灭菌的速度和效果是无与伦比的，它的高氧化还原电位决定它对氧化、脱色、除味方面的广泛应用，有人研究指出，臭氧溶解于水中，几乎能够杀水中一切对人体有害的物质，比如铁、锰、铬、硫酸盐、酚、苯、氧化物等，还可分解有机物及灭藻等。
　　臭氧消毒灭菌方法与常规的灭菌方法相比具有以下特点：
　　（1）高效性。臭氧消毒灭菌是以空气为煤质，不需要其他任何辅助材料和添加剂。所体包容性好，灭菌彻底，同进还有很强的除霉、腥、臭等异味的功能。
　　（2）高洁净性。臭氧快速分解为氧的特征，是臭氧作为消毒灭菌的独特优点。臭氧是利用空气中的氧气产生的，消毒过程中，多余的氧在30分钟后又结合成氧分子，不存在任何残留物，解决了消毒剂消毒方法产生的二次污染问题，同时省去了消毒结束后的再次清洁。
　　（3）方便性。臭氧灭菌器一般安装在洁净室或者空气净化系统中或灭菌室内（如臭氧灭菌柜，传递窗等）。根据调试验证的灭菌浓度及时间，设置灭菌器的按时间开启及运行时间，操作使用方便。
　　（4）经济性。通过臭氧消毒灭菌在诸多制药行业及医疗卫生单位的使用及运行比较，臭氧消毒方法与其他方法相比具有很大的经济效益及社会效益。在当今工业快速发展中，环保问题特别重要，而臭氧消毒却避免了其他消毒方法产生的二次污染。

2017-02-06 11:12