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，歐洲的科學家率先開始研究臭氧的特性和功用，發(fā)現(xiàn)廣譜的滅菌效果后，開始工業(yè)生產(chǎn)應用，其中一家瑞典牛肉公司用于臭氧對牛肉存儲的保鮮，自1870年開始，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，是阻擋太陽紫外線的天然屏障，它是由太陽光的一種特定波長光譜的光照射后產(chǎn)生的，雷雨過后人們會呼吸到一種特殊的清新味道，實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，臭氧濃度之所以提高，是因為閃電（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，是因為植物在吸收CO2過程中制造了[O]，氧原子在形成過程中，部分形成O2（我們呼吸的氧氣）一部分O3（臭氧）正是自然界中無處不在的臭氧和太陽光中的紫外線在控制著細菌的生存平衡，保護著人類健康。

二、                   氧的基本性質(zhì)

人類通過對臭氧的研究發(fā)現(xiàn)，臭氧具有不穩(wěn)定特性和很強的氧化能力。臭氧是由一個氧分子（O2）攜帶一個氧原子（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）進入穩(wěn)定狀態(tài)。臭氧是一種氧化性非常強的物質(zhì)，其氧化還原電位僅次于F2 。利用它的氧化性，可以在較短時間內(nèi)破壞細菌、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)應用的最大優(yōu)越性。 臭氧的應用主要在人為的滅菌消毒。這主要是臭氧有很強的氧化能力，氧原子可以氧化細菌的細胞壁，直至穿透細胞壁與其體內(nèi)的不飽和鍵化合而奪取細菌生命，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λ=185nm（10-9m）的紫外光譜，這種光最容易被O2吸收而達到產(chǎn)生臭氧的效果，在美國稱之為臭氧燈。

光化學法產(chǎn)生臭氧的優(yōu)點是純度高，對濕度溫度不敏感，具有很好的重復性，這些特點對于臭氧用于人體治療及作為儀器的臭氧標準源是非常合適的，缺點是能耗較高。

2、電化學法

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，將會有較好的應用前景。

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，通過人為的交變高壓電場在氣體中產(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)生器是目前應用最廣泛、相對能耗較低、單機臭氧產(chǎn)量最大、市場占有率最高的臭氧發(fā)生裝置。世界上現(xiàn)在單機產(chǎn)量最高的達300Kg/h，就是使用電暈放電原理。

臭氧在空間殺菌消毒應用

   一、 功能特點：

1、  消毒殺菌

臭氧對細菌、霉菌、病菌等微生物具有極強的殺滅力，它殺滅病毒是通地直接破壞其RNA和NDA物質(zhì)業(yè)完成的，而殺細菌，病毒類微生物的過程則是臭氧先作用細胞膜，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物質(zhì)。

3、  防霉保鮮

臭氧為彌漫性氣體，消毒無死角，可實現(xiàn)機器自行運行而殺菌防霉。對水果菜類不但能殺菌防霉、延長保鮮期，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

經(jīng)鑒定和使用本品對老鼠有驅(qū)逐作用，對存放衣物的箱柜進行消毒，可防治蟲蛀。

二，物體表面消毒殺菌

在藥品生產(chǎn)過程中常常要對原材料，工具，包裝物等進行表面消毒，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合是可以的，到遠不如臭氧的效果好?！断炯夹g(shù)規(guī)范》中介紹，對于浸沒在臭氧氣體中的物體表面，接觸一段時間，可將表面細菌殺死。

三、臭氧技術(shù)指標

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

2、  采用標準型的臭氧發(fā)生器，應具有10mg/L量級的濃度水平，應用臭氧于空氣殺菌凈化處理時的濃度為ppm（百萬分之一）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、用于空氣凈化時有條件將主機懸掛于距地面2.0米高處，因為O3氣體的比重高于空氣，具有自然沉降特性，也可將主機直接放于較高處使用。

四、臭氧應用的深度標準計算方法

1、利用中央空調(diào)凈化（HVAC）對潔凈區(qū)進行消毒。

在制藥廠，一般說，潔凈面積較大，多用中央空調(diào)凈化系統(tǒng)完成對各潔凈區(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、回風主管道中或凈化空調(diào)箱內(nèi)中效過濾器后端，電源控制箱置于機房內(nèi)。消毒時關(guān)閉約90%的新風進口閥門和對外排放閥門，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機1～1.5小時左右，代替化學試劑熏蒸大消毒也只需求2～2.5小時。用該方案滅菌的優(yōu)點是：利用凈化風作為臭氧的載體（每分鐘約60m3的風量通過臭氧發(fā)生器即可），可以使臭氧迅速擴散到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，即可達到灶凈室的滅菌目的；同時對HAVC系統(tǒng)起到殺滅雜菌和霉菌的效果。實踐中發(fā)展，臭氧還能對高效過濾器起到溶菌疏導的作用，延長其使用壽命。

臭氧對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臭氧應用章節(jié)中第8.2款消毒空氣中規(guī)定“對密閉的空氣用5~10mg/m3濃度（相當于2.5~5ppm）的臭氧作用30分鐘；對物體表面的沉降菌落需要20~30mg/m3(相當于10~15ppm)”。制藥行業(yè)應用臭氧的目的是用來代替紫外線和化學熏蒸，對整個潔凈區(qū)空氣及機械設(shè)備，介質(zhì)材料表面的沉降菌落進行大消毒。需要的臭氧濃度為10~15ppm,相當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)正壓所補充的新風對臭氧造成的損失

則滅菌空間的體積（V）計算為：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踐，歸納出較為可靠的經(jīng)驗公式如下：V3≈HVAC系統(tǒng)循環(huán)總風量m3/h×25%（常規(guī)新風更換率）×10—20%（保持潔凈區(qū)正補充的新風量）×39%（計算應用臭氧半衰期的預算值），即V3=HVAC系統(tǒng)循環(huán)總風量×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》的標準確定臭氧滅菌的濃度（C）：對空氣中浮游菌，臭氧滅菌濃度為2~4ppm；對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，一個小時的衰退率為61%。設(shè)計：應用臭氧滅菌60min時達到要求濃度后，繼續(xù)保持異端時間（1~1.5小時），即可得到機械設(shè)備和建筑物體表面沉降菌路徹底殺滅的作用，達到化學熏蒸的消毒的效果。

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

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

可選擇每小時產(chǎn)量為50g的發(fā)生器。

2、臭氧在醫(yī)藥工業(yè)中應用

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“無菌藥品”生產(chǎn)所必須的相應空氣潔凈度環(huán)境（無菌室）。當然“無菌”是相對的，是一個或然率的概念。

高效徹底：工作時產(chǎn)生一定量的臭氧，在相對密閉的環(huán)境下，擴散均勻，包容性好，克服了紫外線殺菌存在諸多死角的固有缺點，可達到全方位、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)生器的型號和臭氧發(fā)生量，并通過驗證檢查細菌數(shù)來確定滅菌時間。滅菌時，直接將臭氧輸出口置于無菌室內(nèi)或HVAC系統(tǒng)中，可選用24小時時間控制器設(shè)置開機關(guān)機時間即可。

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

對機器設(shè)備無不良影響：臭氧對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，對物體表面沉降菌落（代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化學熏蒸大消毒）只需要10~15PPM左右。空氣中臭氧濃度只有10-15百萬分之一，是化學熏蒸濃度的500分之一。由于滅菌過程時間短，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：以空氣為原料，工作能耗低，運行費用低，經(jīng)濟效益好。

臭氧在藥廠的應用場合：

臭氧在醫(yī)藥行業(yè)的應用主要有幾個方面：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車間或食品凈化級別選擇：

（三）、富康隆臭氧機型選擇建議：

    FZ—G型臭氧機：

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

臭氧空氣消毒、表面消毒實驗

一、器材

1.       富康隆牌（FKL）臭氧發(fā)生器，生產(chǎn)日期或批號：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，再用營養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基稀釋后備用。

2、染菌：先把兩個16m3氣霧室內(nèi)的溫度和相對濕度調(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，啟動噴菌電源開關(guān)，噴霧壓力0.03—0.04Mpa，流量0.8m3/h，用氣溶膠發(fā)生器同時向兩個氣霧室噴霧染菌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，分別對兩個氣霧室進行消毒采樣（采樣流量1.7 m3/h）。開啟（FKL）臭氧發(fā)生器，打開泵開關(guān)，計時。消毒預定時間后，按前法進行消毒后采樣記錄溫濕度。

4.培養(yǎng)、計數(shù)：取下來采樣器中平板，放37℃培養(yǎng)48h后數(shù)菌，計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

試驗溫度23℃～25℃，相對濕度52%～57%時，（FKL）臭氧發(fā)生器消毒30 min，對空氣中白色葡萄球菌各次的殺滅率達99.99%以上，此時，對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

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

臭氧的安全使用

1、臭氧是無毒安全氣體。臭氧深度中0.15ppm時為嗅覺臨界值，一般人都能嗅出。中國衛(wèi)生標準是：0.15ppm，接觸8小時以內(nèi)符合衛(wèi)士標準。深度高時，臭氧會對人體呼吸有害。人員在明顯感受到臭氧的刺激作用后應回避。少量呼吸有益。在呼吸0.1ppm以下濃度臭氧時，對人體會有保健作用，有人把臭氧比作美酒。

2、安全使用臭氧殺菌機。因富康隆臭氧機產(chǎn)臭氧量高，一般回避使用。富康隆臭氧機可以任意設(shè)定殺菌時間。即在人離開時，在企業(yè)下班時，富康隆臭氧機會自動產(chǎn)生臭氧，殺菌若干時間（殺菌時間長短任意設(shè)定），并自動停止。一天中也可以殺菌任意次數(shù)。對于較大車間，工人工作時，可以短時間開機，長時間停止，交替使用，實現(xiàn)保潔使用。