新冠肺炎疫情让“消毒”成为高频词汇，而紫外消毒作为一种被广泛认可的消毒杀菌方式，在公众卫生防护上的关注度也迅速攀升。
传统的低压汞蒸气紫外灯虽然消毒效果良好，但存在体积较大、易碎有毒、产生臭氧等缺点，通常适用于无人封闭场所的消毒，应用局限性较大。目前市面上已经出现了多种便携式紫外LED消毒产品，均声称可对物体表面进行快速消毒。那它们的消毒效果如何？选购时需要注意什么呢？
今天，VDECGC专家通过理论分析和实际检测来告诉大家。
紫外线的消毒效果
紫外线的消毒效果，主要取决于三个方面：辐射波长（nm），辐射照度（μW/cm²）和辐照时间（s）。其中，后两者的乘积又称为辐照剂量（mJ//cm²）。
1. 辐射波长
提到辐射波长，相信大家对254 nm都不陌生。是的，传统低压汞蒸气紫外灯的大部分辐射功率就集中在254 nm，并且其消毒效果良好。但大家千万不要误以为，254 nm就是最佳的消毒波长，非此不可。
利用低压汞蒸气放电技术，只能够得到254 nm和185 nm两种波长的紫外线，这是由激发态汞原子的电子跃迁能级所决定的，无法人为改变。于是，低压汞灯的254 nm辐射就被用于消毒，而灯管玻壳若不经特殊处理过滤掉185 nm辐射，臭氧也会随之生成。
那么，究竟哪个波段的紫外线能够有效消毒，哪个波长的消毒效果最好呢？由于不同种病原微生物之间存在较大差异，所以很难一概而论地说，哪个波长的消毒效果最好。但现有科研结果表明，240-300 nm范围（杀菌效率曲线的-5dB带宽）的紫外线具有较好的消毒效果，效果最佳的波长可能在265 nm附近。下图以大肠杆菌为例，给出了杀菌效率频谱和低压汞灯频谱的对比。
来源：Wladyslaw Kowalski. (2009). Ultraviolet Germicidal Irradiation Handbook: UVGI for Air and Surface Disinfection. Springer
下图则是一款典型的UVC LED产品的频谱与杀菌效率频谱的对比。
来源：Wladyslaw Kowalski. (2009). Ultraviolet Germicidal Irradiation Handbook: UVGI for Air and Surface Disinfection. Springer
2. 辐射照度和辐照时间
辐射照度大小与被照射面到紫外辐射源的距离密切相关，随着距离的增加，辐射照度会迅速地以距离平方反比的关系衰减。举例来说，如果距离紫外辐射源d处的辐射照度是E，那么距离2d处的辐射照度会锐减至E/4。
来源：Illuminating Engineering Society of North America. (2000). The IESNA Lighting Handbook (ed.9)
辐射照度与辐照时间的乘积即为辐射剂量。从上面辐射照度与距离的关系可知，要达到相同的消毒效果（即辐射剂量相同），辐照时间会迅速地以距离平方正比的关系延长。举例来说，如果在距离紫外辐射源d处有效消毒需要T时间，那么距离2d处的有效消毒时间就会激增到4T。
3. 辐射剂量
上文提到的杀菌效率曲线，对应着病原微生物的遗传物质（DNA或RNA）对紫外线的吸收效率曲线，一旦吸收的辐射剂量超过某个限度，病原微生物便会“爆体而亡”，这就是紫外消毒的原理所在。由于不同病原微生物具有各不相同的细胞壁、细胞膜或蛋白质外壳等结构保护其遗传物质，因此消灭他们所需的辐射剂量也不尽相同。现有科研结果表明，达到99.9%（失活对数值3）的消毒率，所需辐射剂量约在10-10² mJ/cm²数量级范围。
来源：Beck, Sara & Ryu, Hodon & Boczek, Laura & Cashdollar, Jennifer & Jeanis, Kaitlyn & Rosenblum, James & Lawal, Oliver & Linden, Karl. (2016). Evaluating UV-C LED disinfection performance and investigating potential dual-wavelength synergy. Water Research. 109. 10.1016/j.watres.2016.11.024.
有关辐射剂量的更多信息，可参考https://www.americanairandwater.com/uv-facts/uv-dosage.htm
VDECGC实例检测
1. 检测设备
传统的紫外辐射照度计都是依据JJG 879来检定，其特点是频谱响应特性与规定的峰值波长一致（如下图所示）。因此，其只适用于测量特定峰值波长的辐射照度，例如已知低压汞灯的峰值波长为254 nm，则用C波段紫外辐照度计是能够准确测量其辐射照度的。
来源：JJG 879-2002《紫外辐射照度计检定规程》
但是，新兴的UVC LED或Deep UV LED产品，在检测之前，其峰值波长是未知的，并且绝大多数情况下都不会是254 nm。因此，再使用传统的C波段紫外辐照度计就无法测得准确的辐射照度了。这种情况下，必须使用紫外光谱辐射照度仪，先测得各个波长下的辐射照度值，然后将有效波长范围内的值累加计算得到总辐射照度值
VDECGC光生物实验室
2. 检测实例
我们此次检测的UVC LED消毒产品非常小巧，通过Type C USB接口与手机连接即可工作。
该款产品实测峰值波长是279 nm，且绝大部分紫外辐射落在240-300 nm的有效杀毒范围内。
此外，在距离该产品出光口面2mm、10mm和50mm处分别进行测试，其240-300nm范围内的总辐射照度分别是1843.7 μW/cm²、522.8 μW/cm²和35.7μW/cm²。
以上检测结果表明，如果要达到灭杀99.9%大肠杆菌的效果（辐射剂量10 mJ/cm²），在完全贴近消毒表面（2 mm）时约5秒即可；距离稍远（10 mm）时需要约20秒；而较远距离（50 mm）时则需要约4分半钟了。
选购和使用建议
VDECGC专家建议大家，选购此类产品时：
1. 要了解清楚产品的波长是否在240-300nm范围内；
2. 要注意制造商推荐的使用距离，如果实际使用距离大于推荐距离，则消毒时长应按距离平方倍数关系延长；
3. 如果产品工作时紫外光源暴露在外的，那么务必尽量贴近消毒表面使用。这样不但消毒效果更好，而且从消毒表面反射回来的紫外辐射会更好的被产品本身遮挡，人体受到伤害的风险就会更低。
