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干貨分享| 紫外光源燈管有哪些

紫外線的分類及其殺菌原理

紫外線(Ultraviolet,簡稱UV)按波長可分為三類:UVA、UVB、UVC。UVA可分為UVA-1和UVA-2,UVA-1會使皮膚松弛,黑色素沉淀;UVA-2和UVB則會灼傷皮膚;UVC可以達到殺菌消毒的效果。

UV-C具有殺菌效果源于其對微生物的核酸產生光化學危害的結果。微生物的核酸分為兩種:RNA和DNA,共同點都是根據堿基配對原則連接起來的核苷酸鏈,可以吸收高能量的短波紫外線(≥3600~65000 uW/cm2),從而使相鄰的核苷酸之間產生新鍵-雙分子或二聚物。二聚物的存在阻止了微生物DNA的復制及蛋白質的合成,從而使細胞死亡。死亡率與紫外線的劑量和微生物的抵抗能力有關,大多數的微生物只需較少的紫外線照射就會死亡。紫外線劑量= 紫外線強度*停留時間*水的透光率

紫外光源燈管分類

紫外光源的燈管有汞燈、金屬鹵素燈、無極燈、發光二極管、準分子紫外燈以及UV-等離子體。其中只有能發射出uvc波段紫外線的燈管才具有殺菌效果,uvc波長范圍是200-280nm。

紫外光源燈管可以分成三大類,一有極燈;二無極燈;三LED燈。

有極燈

有極燈是兩端有電極材料的UV燈管的統稱,由石英玻璃管,電極材料,金屬支架及燈頭組成。有極燈發光原理是:在燈管兩端正負電極在通電的情況下,電弧激發燈管內的金屬元素,金屬汽化產生UV光的過程。有極燈包括汞燈和金屬鹵素燈。

①汞燈

汞燈是石英玻璃內填充汞及惰性氣體的燈管,工作原理是通電加熱燈絲時,溫度升高,液體汞蒸發氣化,石英管內基態汞原子受到激發躍遷到激發態,再由激發態回到基態時便釋放出光子即發射紫外光。以惰性氣體在紫外線燈管內的壓力大小可以分為低壓汞燈,中壓汞燈和高壓汞燈。

低壓汞燈即燈內所充惰性氣體壓強低于大氣壓約為 0.013MPa,單支燈管功率最大為320W,燈管內的汞蒸汽會被激活而發射出 253.7nm 和 185nm 的紫外線,253.7nm 的紫外線照射到相鄰的汞原離子上,會產生共振吸收效應而使被照射的汞原子進一步釋放出紫外線。185 nm 的紫外線可用于氧化過程處理,例如可減少有害物質、異味和油脂,同時185nm的紫外線可分解氧氣進而產生中間產物-臭氧。

中壓汞燈即燈管內部所充惰性氣體壓強等同于大氣壓,0.2Mpa-0.4Mpa,是低壓的 100 倍,可以發射出波長范圍更廣的多波長紫外線,波長范圍在200nm-400nm 之間,更有效破壞微生物有機體或防止有機體的復制,使之破壞,達到消毒的目的,單支燈管的功率在 400W~10KW。 

高壓汞燈則輸出為連續光譜,具有較高的UV輸出,一般用于UV固化。

②金屬鹵素燈

是一系列金屬摻合有極燈的總稱,石英管材內充入了含有汞、氬、鎵的碘化物、鐵的碘化物以及一些稀有金屬鹵化物。金屬鹵素燈的光譜能量與某些質材的吸收光譜十分吻合,能起十分快速的硬化反應,能廣泛地應用于菲林、絲網、PCB、重氮薄膜及板曝光;此外,金屬鹵素燈還能應用于不同的印刷和表面涂層工業。

二無極燈

無極燈區別于有極燈的最大差異是它沒有兩端的電極材料。整個燈管是由高純度石英玻璃填充稀有金屬和惰性氣體組成,由于燈管激發的直接能量來源為微波,故也稱之為微波燈。

工作原理:無極燈由高頻發生器、耦合器和燈泡三部分組成。它是通過高頻發生器的電磁場以感應的方式耦合到燈內,使燈泡內的氣體雪崩電離,形成等離子體。等離子受激原子返回基態時輻射出紫外線。燈泡內壁的熒光粉受到紫外線激發產生可見光。

①UV準分子放電燈,又稱紫外線準分子燈,是利用在紫外線燈管外的高壓、高頻對燈管內的稀有氣體進行轟擊發出單一的172nm紫外線,光子能量達696KJ/mol,高于絕大多數有機分子鍵能。

②UV-等離子體

紫外線中能量較強、波長在200納米至350納米的光線被稱為深紫外線,可用于醫院和工廠的空氣、水和器具的殺菌。目前常用的低壓水銀燈就是利用這一原理進行殺菌的。但水銀對人體和環境具有危害。等離子體是一種以自由電子和帶電離子為主要成分的物質形態,具有很高的電導率,與電磁場存在極強的耦合作用。立命館大學特聘教授青柳克信率領的研究小組,在封閉空間中通過電極控制等離子體的量態,成功使其發出深紫外線。目前開發出的光源直徑約為15厘米,將光源串并可滿足大規模殺菌需求。

三 UV LED

UV LED是紫外線輸出發光二極管的英文簡稱,它最大的優勢是長壽命和節能。但區別于有極燈和無極燈的是,UV LED均為單波段輸出,目前市場上用于UV固化的主要波長有365nm,385nm, 395nm, 

工作原理:LED 即發光二極管,是一種能夠將電能轉化為可見光的固態的半導體器件,它可以直接把電轉化為光。

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