臭氧的發(fā)現(xiàn)及科研

1840年荷蘭舒貝因，發(fā)現(xiàn)臭氧OZONE，取自希臘子Ozein一詞意為“難聞”， 將此異味確定為O3，而命名為OZONE臭氧。自此以后，歐洲的科學(xué)家率先開(kāi)始研究臭氧的特性和功用，發(fā)現(xiàn)廣譜的滅菌效果后，開(kāi)始工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用，其中一家瑞典牛肉公司用于臭氧對(duì)牛肉存儲(chǔ)的保鮮，自1870年開(kāi)始，現(xiàn)已發(fā)展空間消毒，食品加工、水處理、化工等各種領(lǐng)域。

一、                   自界中的臭氧

現(xiàn)在人們普遍了解的大氣臭氧層，是阻擋太陽(yáng)紫外線的天然屏障，它是由太陽(yáng)光的一種特定波長(zhǎng)光譜的光照射后產(chǎn)生的，雷雨過(guò)后人們會(huì)呼吸到一種特殊的清新味道，實(shí)際就是空氣中臭氧濃度提高（一般在0.04PPM左右）容易被人們察覺(jué)，臭氧濃度之所以提高，是因?yàn)殚W電（高壓發(fā)電）電離空氣中的氧氣形成臭氧，森林中、旅游地帶空氣格外清新，是因?yàn)橹参镌谖?/span>CO2過(guò)程中制造了[O]，氧原子在形成過(guò)程中，部分形成O2（我們呼吸的氧氣）一部分O3（臭氧）正是自然界中無(wú)處不在的臭氧和太陽(yáng)光中的紫外線在控制著細(xì)菌的生存平衡，保護(hù)著人類健康。

二、                   氧的基本性質(zhì)

人類通過(guò)對(duì)臭氧的研究發(fā)現(xiàn)，臭氧具有不穩(wěn)定特性和很強(qiáng)的氧化能力。臭氧是由一個(gè)氧分子（O2）攜帶一個(gè)氧原子（O）組成，所以他是氧氣的同素異形體。臭氧和氧氣的不同之處見(jiàn)下表：

表一  氧氣和臭氧的主要性質(zhì)  

表一，可看出，與氧氣相比，臭氧比重大、有味、有色、易溶于水、易分解。由于臭氧（O3）是由氧分子攜帶一個(gè)氧原子組成，決定了它只是一種暫存形態(tài)，攜帶的氧原子除氧化用掉外，剩余的有組合為氧氣（O2）進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。臭氧是一種氧化性非常強(qiáng)的物質(zhì)，其氧化還原電位僅次于F2 。利用它的氧化性，可以在較短時(shí)間內(nèi)破壞細(xì)菌、病毒和其他微生物的生物結(jié)構(gòu)，使之失去生存能力。所以臭氧工作中沒(méi)有二次污染產(chǎn)生，給人類的環(huán)保需求，這是臭氧技術(shù)應(yīng)用的最大優(yōu)越性。 臭氧的應(yīng)用主要在人為的滅菌消毒。這主要是臭氧有很強(qiáng)的氧化能力，氧原子可以氧化細(xì)菌的細(xì)胞壁，直至穿透細(xì)胞壁與其體內(nèi)的不飽和鍵化合而奪取細(xì)菌生命，它的作用是即刻完成的，臭氧的迅速滅菌效果決定于它的高還原電位，表二、列出了消毒物質(zhì)還原電位與臭氧的比較。

表二    氧化還原電位比較  

三、 臭氧的發(fā)生原理

1、紫外線法

人工生產(chǎn)臭氧即采用光電法，產(chǎn)生出波長(zhǎng)λ=185nm（10-9m）的紫外光譜，這種光最容易被O2吸收而達(dá)到產(chǎn)生臭氧的效果，在美國(guó)稱之為臭氧燈。

光化學(xué)法產(chǎn)生臭氧的優(yōu)點(diǎn)是純度高，對(duì)濕度溫度不敏感，具有很好的重復(fù)性，這些特點(diǎn)對(duì)于臭氧用于人體治療及作為儀器的臭氧標(biāo)準(zhǔn)源是非常合適的，缺點(diǎn)是能耗較高。

2、電化學(xué)法

利用直流電源電解含氧電解質(zhì)產(chǎn)生臭氧氣體的方法。電解法產(chǎn)生臭氧具有濃度高，成份純凈、水中溶解度高的優(yōu)勢(shì)，將會(huì)有較好的應(yīng)用前景。

3、電暈放電法

電暈放電法是模仿自然界雷電產(chǎn)生臭氧的方法，通過(guò)人為的交變高壓電場(chǎng)在氣體中產(chǎn)生電暈，電暈中的自由高能離子離解O2分子，經(jīng)碰撞聚合為O3分子。

電暈放電型臭氧發(fā)生器是目前應(yīng)用最廣泛、相對(duì)能耗較低、單機(jī)臭氧產(chǎn)量最大、市場(chǎng)占有率最高的臭氧發(fā)生裝置。世界上現(xiàn)在單機(jī)產(chǎn)量最高的達(dá)300Kg/h，就是使用電暈放電原理。

臭氧在空間殺菌消毒應(yīng)用

   一、 功能特點(diǎn)：

1、  消毒殺菌

臭氧對(duì)細(xì)菌、霉菌、病菌等微生物具有極強(qiáng)的殺滅力，它殺滅病毒是通地直接破壞其RNA和NDA物質(zhì)業(yè)完成的，而殺細(xì)菌，病毒類微生物的過(guò)程則是臭氧先作用細(xì)胞膜，繼而破壞膜內(nèi)組織直至溶解死亡。

2、  除異臭味

臭氧去除霉，腥、臭等異味效果極好，它可以快速氧化分解異味的化學(xué)物質(zhì)。

3、  防霉保鮮

臭氧為彌漫性氣體，消毒無(wú)死角，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器自行運(yùn)行而殺菌防霉。對(duì)水果菜類不但能殺菌防霉、延長(zhǎng)保鮮期，而且可快速分解果菜呼吸排除的領(lǐng)其快速成熟和乙烯氣體。

4、 驅(qū)害防蟲(chóng)

經(jīng)鑒定和使用本品對(duì)老鼠有驅(qū)逐作用，對(duì)存放衣物的箱柜進(jìn)行消毒，可防治蟲(chóng)蛀。

二，物體表面消毒殺菌

在藥品生產(chǎn)過(guò)程中常常要對(duì)原材料，工具，包裝物等進(jìn)行表面消毒，常常使用消毒柜，傳遞窗等，傳統(tǒng)的方法是用紫外線消毒，問(wèn)題主要是在消毒不徹底，所以若使用在諸如傳遞窗等要求不高的場(chǎng)合是可以的，到遠(yuǎn)不如臭氧的效果好?！断炯夹g(shù)規(guī)范》中介紹，對(duì)于浸沒(méi)在臭氧氣體中的物體表面，接觸一段時(shí)間，可將表面細(xì)菌殺死。

三、臭氧技術(shù)指標(biāo)

1、  臭氧發(fā)生器的主要技術(shù)指標(biāo)為臭氧濃度（mg/L或g/m3），臭氧產(chǎn)量（g/h或kg/h）和電耗（kw·h/kgo3）。

2、  采用標(biāo)準(zhǔn)型的臭氧發(fā)生器，應(yīng)具有10mg/L量級(jí)的濃度水平，應(yīng)用臭氧于空氣殺菌凈化處理時(shí)的濃度為ppm（百萬(wàn)分之一）濃度，作為空氣除味與殺菌，要求臭氧濃度較低，如0.5ppm（1ppm≈2mg/m3）

3、  同一發(fā)生器的臭氧濃度與產(chǎn)量，隨著供氣量而變化的，一般規(guī)律是氣量大的則濃度低，產(chǎn)量高。污染程度決定臭氧發(fā)生器裝置的濃度和產(chǎn)量規(guī)格的基礎(chǔ)。

4、用于空氣凈化時(shí)有條件將主機(jī)懸掛于距地面2.0米高處，因?yàn)?/span>O3氣體的比重高于空氣，具有自然沉降特性，也可將主機(jī)直接放于較高處使用。

四、臭氧應(yīng)用的深度標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法

1、利用中央空調(diào)凈化（HVAC）對(duì)潔凈區(qū)進(jìn)行消毒。

在制藥廠，一般說(shuō)，潔凈面積較大，多用中央空調(diào)凈化系統(tǒng)完成對(duì)各潔凈區(qū)的凈化消毒。其方法是將臭氧發(fā)生器直接安裝在中央空調(diào)凈化系統(tǒng)的送、回風(fēng)主管道中或凈化空調(diào)箱內(nèi)中效過(guò)濾器后端，電源控制箱置于機(jī)房?jī)?nèi)。消毒時(shí)關(guān)閉約90%的新風(fēng)進(jìn)口閥門(mén)和對(duì)外排放閥門(mén)，使HAVC系統(tǒng)與潔凈區(qū)形成內(nèi)循環(huán)狀態(tài)。每日做空氣滅菌只需開(kāi)機(jī)1～1.5小時(shí)左右，代替化學(xué)試劑熏蒸大消毒也只需求2～2.5小時(shí)。用該方案滅菌的優(yōu)點(diǎn)是：利用凈化風(fēng)作為臭氧的載體（每分鐘約60m3的風(fēng)量通過(guò)臭氧發(fā)生器即可），可以使臭氧迅速擴(kuò)散到HAVC系統(tǒng)所控制的潔凈室內(nèi)，而且臭氧濃度分布均勻，在潔凈區(qū)域內(nèi)不增加任何消毒設(shè)備，即可達(dá)到灶凈室的滅菌目的；同時(shí)對(duì)HAVC系統(tǒng)起到殺滅雜菌和霉菌的效果。實(shí)踐中發(fā)展，臭氧還能對(duì)高效過(guò)濾器起到溶菌疏導(dǎo)的作用，延長(zhǎng)其使用壽命。

臭氧對(duì)空氣中的微生物的滅活濃度和物體表面沉降的微生物的滅活濃度，根據(jù)衛(wèi)生部1991年12月頒布的《消毒技術(shù)規(guī)范》第4.12臭氧應(yīng)用章節(jié)中第8.2款消毒空氣中規(guī)定“對(duì)密閉的空氣用5~10mg/m3濃度（相當(dāng)于2.5~5ppm）的臭氧作用30分鐘；對(duì)物體表面的沉降菌落需要20~30mg/m3(相當(dāng)于10~15ppm)”。制藥行業(yè)應(yīng)用臭氧的目的是用來(lái)代替紫外線和化學(xué)熏蒸，對(duì)整個(gè)潔凈區(qū)空氣及機(jī)械設(shè)備，介質(zhì)材料表面的沉降菌落進(jìn)行大消毒。需要的臭氧濃度為10~15ppm,相當(dāng)于每立方空氣中臭氧含量20~30mg。

設(shè)；VI為潔凈去空間體積，V2為HVAC系統(tǒng)空間體積，V3為保持潔凈區(qū)正壓所補(bǔ)充的新風(fēng)對(duì)臭氧造成的損失

則滅菌空間的體積（V）計(jì)算為：V=V1＋V2＋V3

V3的確定：根據(jù)若干使用臭氧發(fā)生器消毒滅菌的廠家實(shí)踐，歸納出較為可靠的經(jīng)驗(yàn)公式如下：V3≈HVAC系統(tǒng)循環(huán)總風(fēng)量m3/h×25%（常規(guī)新風(fēng)更換率）×10—20%（保持潔凈區(qū)正補(bǔ)充的新風(fēng)量）×39%（計(jì)算應(yīng)用臭氧半衰期的預(yù)算值），即V3=HVAC系統(tǒng)循環(huán)總風(fēng)量×1~2%。

臭氧發(fā)生器的選擇：先按臭氧滅菌的效率，即參照《消毒技術(shù)規(guī)范》的標(biāo)準(zhǔn)確定臭氧滅菌的濃度（C）：對(duì)空氣中浮游菌，臭氧滅菌濃度為2~4ppm；對(duì)物體表面的沉降菌落，濃度為10~15ppm（臭氧滅菌濃度參考衛(wèi)生部1991年12月《消毒技術(shù)規(guī)范》）。臭氧的自然半衰期（S），參比狀態(tài)下為23min左右，一個(gè)小時(shí)的衰退率為61%。設(shè)計(jì)：應(yīng)用臭氧滅菌60min時(shí)達(dá)到要求濃度后，繼續(xù)保持異端時(shí)間（1~1.5小時(shí)），即可得到機(jī)械設(shè)備和建筑物體表面沉降菌路徹底殺滅的作用，達(dá)到化學(xué)熏蒸的消毒的效果。

例：滅菌空間總體積（V）為1000m3,滅菌要求為替代化學(xué)熏蒸的消毒，對(duì)設(shè)備和建筑物體表面沉降菌路進(jìn)行滅菌。按照上述要求空氣中臭氧濃度（C）應(yīng)達(dá)到10ppm以上（在工作狀態(tài)下，折算為19.63mg/m3），臭氧發(fā)生器工作一小時(shí)后臭氧自然衰退率（S）為61%，需選擇機(jī)器的臭氧發(fā)生量g/h（W）：

W=CV/（1－S）=19.63×1000/（1－61%）≈50.33（g/h）

可選擇每小時(shí)產(chǎn)量為50g的發(fā)生器。

2、臭氧在醫(yī)藥工業(yè)中應(yīng)用

醫(yī)藥工業(yè)潔凈室與其他工業(yè)潔凈室有所不同，特別是無(wú)菌生產(chǎn)制劑及原料藥品生產(chǎn)，不僅要控制空氣中一般懸浮狀態(tài)的氣溶膠粒子，還要控制或微生物數(shù)，既提供“無(wú)菌藥品”生產(chǎn)所必須的相應(yīng)空氣潔凈度環(huán)境（無(wú)菌室）。當(dāng)然“無(wú)菌”是相對(duì)的，是一個(gè)或然率的概念。

高效徹底：工作時(shí)產(chǎn)生一定量的臭氧，在相對(duì)密閉的環(huán)境下，擴(kuò)散均勻，包容性好，克服了紫外線殺菌存在諸多死角的固有缺點(diǎn)，可達(dá)到全方位、快速、高效的消毒滅菌目的。

操作方便：根據(jù)消毒滅菌的要求和空間體積，確定臭氧發(fā)生器的型號(hào)和臭氧發(fā)生量，并通過(guò)驗(yàn)證檢查細(xì)菌數(shù)來(lái)確定滅菌時(shí)間。滅菌時(shí)，直接將臭氧輸出口置于無(wú)菌室內(nèi)或HVAC系統(tǒng)中，可選用24小時(shí)時(shí)間控制器設(shè)置開(kāi)機(jī)關(guān)機(jī)時(shí)間即可。

高潔凈性：應(yīng)用臭氧作消毒滅菌劑，停機(jī)30分鐘后，剩余臭氧即可漸漸自行分解還原為氧，同時(shí)還可以改善空氣的質(zhì)量，優(yōu)化工作環(huán)境。所以臭氧被贊譽(yù)為“綠色消毒劑”

對(duì)機(jī)器設(shè)備無(wú)不良影響：臭氧對(duì)空所中的浮游菌滅活所需臭氧的濃度很低，一般只需要2~4PPM，對(duì)物體表面沉降菌落（代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化學(xué)熏蒸大消毒）只需要10~15PPM左右?？諝庵谐粞鯘舛戎挥?/span>10-15百萬(wàn)分之一，是化學(xué)熏蒸濃度的500分之一。由于滅菌過(guò)程時(shí)間短，正確使用不足以構(gòu)成物體腐蝕的條件，這也是大家特別關(guān)心的。

使用經(jīng)濟(jì)：以空氣為原料，工作能耗低，運(yùn)行費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)效益好。

臭氧在藥廠的應(yīng)用場(chǎng)合：

臭氧在醫(yī)藥行業(yè)的應(yīng)用主要有幾個(gè)方面：一是GMP車間及設(shè)備、器具表面的殺菌消毒；二是中央空調(diào)系統(tǒng)殺菌消毒；三是更衣室和工作服殺菌消毒；四是生產(chǎn)加工用水的殺菌凈化；五是制備高濃度的臭氧消毒液。

（一）、生產(chǎn)GMP車間的空氣殺菌消毒 ：

(二)、GMP車間或食品凈化級(jí)別選擇：

（三）、富康隆臭氧機(jī)型選擇建議：

    FZ—G型臭氧機(jī)：

（四）、強(qiáng)效臭氧發(fā)生器FKL--G系列采用先進(jìn)的高耐溫石英玻璃放電單元，下表：

臭氧空氣消毒、表面消毒實(shí)驗(yàn)

一、器材

1.       富康隆牌（FKL）臭氧發(fā)生器，生產(chǎn)日期或批號(hào)：2003.10.9

2.       氣霧室體積為16m3。

3.       FA-1型空氣微生物采樣器

4.       白色葡萄球菌（8032），9`11代，本單位保存

二、方法

檢驗(yàn)依據(jù)，衛(wèi)生部《消毒技術(shù)規(guī)范》2002.11，第2.1.3.4條

1、菌懸液制備：將培養(yǎng)18-24h的白色葡萄球菌（8032）斜面按常規(guī)洗下菌苔，再用營(yíng)養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基稀釋后備用。

2、染菌：先把兩個(gè)16m3氣霧室內(nèi)的溫度和相對(duì)濕度調(diào)好，把（FKL）臭氧發(fā)生器放于氣霧室側(cè)壁處，關(guān)閉氣霧室門(mén)，啟動(dòng)噴菌電源開(kāi)關(guān)，噴霧壓力0.03—0.04Mpa，流量0.8m3/h，用氣溶膠發(fā)生器同時(shí)向兩個(gè)氣霧室噴霧染菌5min。

3 采樣、消毒：染菌結(jié)束后，靜置5min，把采送器送至氣霧室中心1m高處，分別對(duì)兩個(gè)氣霧室進(jìn)行消毒采樣（采樣流量1.7 m3/h）。開(kāi)啟（FKL）臭氧發(fā)生器，打開(kāi)泵開(kāi)關(guān)，計(jì)時(shí)。消毒預(yù)定時(shí)間后，按前法進(jìn)行消毒后采樣記錄溫濕度。

4.培養(yǎng)、計(jì)數(shù)：取下來(lái)采樣器中平板，放37℃培養(yǎng)48h后數(shù)菌，計(jì)算不同條件下空氣中存活菌數(shù)、自然衰亡率和殺滅率。

三、結(jié)果

試驗(yàn)溫度23℃～25℃，相對(duì)濕度52%～57%時(shí)，（FKL）臭氧發(fā)生器消毒30 min，對(duì)空氣中白色葡萄球菌各次的殺滅率達(dá)99.99%以上，此時(shí)，對(duì)照組空氣中白色葡萄球的自然衰亡率在31.62%以下（附表）。

續(xù)

四、結(jié)論

試驗(yàn)溫度為16℃～20℃，相對(duì)濕度30%～46%條件下，（FKL）臭氧發(fā)生器消毒60min，對(duì)28m3室內(nèi)空氣中的自然菌各次消亡率均達(dá)90.00%以上。

臭氧的安全使用

1、臭氧是無(wú)毒安全氣體。臭氧深度中0.15ppm時(shí)為嗅覺(jué)臨界值，一般人都能嗅出。中國(guó)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)是：0.15ppm，接觸8小時(shí)以內(nèi)符合衛(wèi)士標(biāo)準(zhǔn)。深度高時(shí)，臭氧會(huì)對(duì)人體呼吸有害。人員在明顯感受到臭氧的刺激作用后應(yīng)回避。少量呼吸有益。在呼吸0.1ppm以下濃度臭氧時(shí)，對(duì)人體會(huì)有保健作用，有人把臭氧比作美酒。

2、安全使用臭氧殺菌機(jī)。因富康隆臭氧機(jī)產(chǎn)臭氧量高，一般回避使用。富康隆臭氧機(jī)可以任意設(shè)定殺菌時(shí)間。即在人離開(kāi)時(shí)，在企業(yè)下班時(shí)，富康隆臭氧機(jī)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生臭氧，殺菌若干時(shí)間（殺菌時(shí)間長(zhǎng)短任意設(shè)定），并自動(dòng)停止。一天中也可以殺菌任意次數(shù)。對(duì)于較大車間，工人工作時(shí)，可以短時(shí)間開(kāi)機(jī)，長(zhǎng)時(shí)間停止，交替使用，實(shí)現(xiàn)保潔使用。