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Hot News紫外線消毒的光化學(xué)
反應(yīng)機(jī)理
如果問(wèn)百科全書(shū)或者AI，紫外線消毒是物理消毒還是化學(xué)消毒？通常標(biāo)準(zhǔn)答案會(huì)是“紫外線消毒"屬于物理消毒。
其原理是通過(guò)紫外線（主要是UVC，波長(zhǎng)200-280nm）的高能光子破壞微生物（細(xì)菌、病毒、真菌等）的DNA或RNA分子結(jié)構(gòu)，使其失去復(fù)制和繁殖能力，從而達(dá)到消毒目的。整個(gè)過(guò)程不產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)，也不依賴(lài)化學(xué)反應(yīng)，僅通過(guò)物理能量作用實(shí)現(xiàn)殺菌，因此歸類(lèi)為物理消毒。"
上述回答中的一個(gè)“幻覺(jué)"是紫外線消毒“不依賴(lài)化學(xué)反應(yīng)"。紫外線消毒并不是傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為的物理消毒，其本質(zhì)是一個(gè)光化學(xué)過(guò)程，需要依賴(lài)二聚反應(yīng)(化學(xué)反應(yīng)的一種)。其核心機(jī)理是通過(guò)紫外光（特別是UVC）對(duì)微生物（細(xì)菌、病毒、原生動(dòng)物等）的遺傳物質(zhì)（DNA和RNA）的光化學(xué)反應(yīng)。
核酸的光化學(xué)反應(yīng)及其損傷過(guò)程分為以下幾個(gè)步驟：
光子吸收
紫外線消毒主要利用UVC波段（100-280nm），尤其是253.7nm（低壓汞燈的主峰值）。這個(gè)波長(zhǎng)的紫外線能被微生物的遺傳物質(zhì)（DNA和RNA）中的堿基（特別是嘧啶堿基，如胸腺嘧啶和胞嘧啶）強(qiáng)烈吸收。
核酸在260-265nm附近有最大的吸收峰，例如，尿苷在262nm有強(qiáng)吸收（"ε??? = 10,400M?1cm?1"）。
光化學(xué)反應(yīng)：二聚體形成
吸收光子能量后，相鄰的嘧啶堿基（最常見(jiàn)的是兩個(gè)胸腺嘧啶）之間會(huì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，形成環(huán)丁烷嘧啶二聚體（CPD）。
經(jīng)典實(shí)驗(yàn)：胸腺嘧啶溶液進(jìn)行紫外照射，并通過(guò)紅外光譜分析證實(shí)紫外線照射后的產(chǎn)物是具有環(huán)丁烷結(jié)構(gòu)的胸腺嘧啶二聚體。這是紫外線消毒中具有特征的光化學(xué)產(chǎn)物。
生物學(xué)后果：失活
這些二聚體就像遺傳代碼上的“錯(cuò)別字"或“結(jié)"，嚴(yán)重阻礙了DNA/RNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。
微生物（如細(xì)菌）因此無(wú)法完成細(xì)胞分裂和繁殖，從而被“滅活"。
Hanawalt和Setlow1960年的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：用紫外線照射大腸桿菌（E.coli）后，在劑量足以抑制其繁殖的情況下，蛋白質(zhì)合成（以3?S攝取為指標(biāo)）仍在繼續(xù)。這證明細(xì)菌細(xì)胞并未立即被“殺死"，而是失去了繁殖能力，處于“活但不可繁殖"的狀態(tài)。這是UV消毒與化學(xué)消毒劑（如氯消毒）的一個(gè)根本區(qū)別。
關(guān)鍵特性與影響因素
紫外線殺菌機(jī)理還有以下幾個(gè)重要特性和影響因素：
微生物的滅活效率高度依賴(lài)于紫外線波長(zhǎng)。226-329nm的紫外線均有效，但260nm附近最為有效。這與核酸的吸收光譜高度一致。
某些微生物具有修復(fù)UV損傷的能力，這是設(shè)計(jì)UV消毒系統(tǒng)時(shí)必須考慮的。
在300-500nm的可見(jiàn)光照射下，光解酶可以逆轉(zhuǎn)二聚體，使其恢復(fù)為單體。
包括切除修復(fù)、重組修復(fù)等不依賴(lài)光的酶修復(fù)系統(tǒng)。
紫外線消毒的光化學(xué)反應(yīng)機(jī)理可以精準(zhǔn)地概括為：
利用微生物核酸對(duì)UVC光子（特別是253.7nm）的固有吸收特性，引發(fā)相鄰嘧啶堿基之間的光化學(xué)反應(yīng)，形成環(huán)丁烷嘧啶二聚體（CPD），從而不可逆地破壞其遺傳密碼的完整性和可讀性，最終通過(guò)抑制其繁殖能力來(lái)實(shí)現(xiàn)消毒目的。這一機(jī)理決定了紫外線消毒技術(shù)具有高效、不產(chǎn)生副產(chǎn)物、不改變水的化學(xué)性質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，但其有效性也受到微生物種類(lèi)、紫外線劑量、水力條件以及潛在的修復(fù)現(xiàn)象等因素的影響。
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