紫外線是陽光中頻率為750THz~30PHz，對應(yīng)真空中波長為400nm~10nm的光線。紫外線是頻率高于可見光線的不可見光。紫外線一直存在，但我們今天就來說說人類和紫外線之間的故事。

紫外線的發(fā)現(xiàn)

在1800年英國物理學(xué)家赫歇爾發(fā)現(xiàn)了不可見的熱射線——紅外線后，秉著物理學(xué)“事物具有兩級對稱性”的理念。德國物理學(xué)家、化學(xué)家約翰·威廉·里特，在1801年發(fā)現(xiàn)在可見光譜的紫光端之外，還存在著不可見光。

里特將一張紙放在氯化銀溶液中浸泡后，放在三棱鏡可見光譜的紫光區(qū)域附近，他發(fā)現(xiàn)紫光外部區(qū)域的紙片強烈地變黑，說明這一部分受到了一種看不見的射線照射。里特把這不可見的光叫做“去氧射線”，這就是我們后來所說的紫外線，因此里特也被 稱為紫外線之父。

紫外線的殺菌功能

紫外線可分為UVA（波長400nm~320nm，低頻長波）、UVB（波長320nm~280nm，中頻中波）、UVC（波長280nm~100nm，高頻短波），EUV（100nm~10nm，超高頻）4種。

在1877年，Downd和Blunt第一次報道了關(guān)于太陽光輻射可以殺滅培養(yǎng)基中細(xì)菌的特征，這也揭開了人們對紫外線消毒研究和應(yīng)用的序幕。在1878年，人們發(fā)現(xiàn)了太陽光中的紫外線具有殺菌消毒作用。殺菌是紫外線最常見也很重要的一個功能。

1960年，人們第一次確認(rèn)了紫外滅菌消毒的機理。一方面，當(dāng)微生物受到紫外線照射時，生物細(xì)胞內(nèi)脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）吸收紫外線光子能量，DNA分子中同一條鏈兩個相信的胸腺嘧啶基之間以環(huán)丁基環(huán)形成二聚體（胸腺嘧啶二聚體）。二聚體形成后，影響了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，RNA引物的合成將停止在二聚體處，DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄功能均受到阻礙。另一方面，在紫外線的照片下可以產(chǎn)生自由基，引起光電離，從而使微生物不能復(fù)制繁殖。

細(xì)胞對于220nm和260nm附近波段的紫外線光子最為敏感，能高效吸收這兩個波段的光子能量，從而阻止DNA和復(fù)制。波長為200nm或更短的紫外線輻射，大部分都在空氣中被吸收，因此很難長距離傳播，所以殺菌作用的主力紫外線小長集中在200nm~300nm之間。但低于200nm被吸收的紫外線會分解空氣中的氧氣分子，產(chǎn)生臭氧，同樣也會起到殺菌消毒作用。

紫外線燈的發(fā)明

紫外線是由原子的外層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的。自然界的主要紫外線光源是太陽，太陽光透過大氣層時，波長短于290nm的紫外線被大氣層中的臭氧吸收掉。

早在19世紀(jì)初，通過水銀蒸汽被激勵放電發(fā)光的這項工藝即已經(jīng)為人所知：蒸汽封閉到一根玻璃管中，在玻璃管兩端的兩根金屬電極上施加電壓，從而產(chǎn)生一道“光弧”，使蒸汽發(fā)光。由于當(dāng)時玻璃對于紫外的透過率極低，一直未能實現(xiàn)人造紫外光源。

直到1904年，德國賀利氏的理查博士利用其制成的無氣泡高純度石英玻璃，制作出第一支石英紫外汞燈。因此，理查博士被視為紫外線汞燈的發(fā)明者，以及在醫(yī)用光療法中使用人造光源進(jìn)行人體照射的先驅(qū)者。

基于技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，紫外線燈也演變成很多種類。現(xiàn)今紫外線殺菌燈大致有以下種類：

普通直管熱陰極低壓汞紫外線消毒燈：燈管采用石英玻璃或其它對紫外線透過率高的玻璃制成，功率為40W，30W，20W，15W等。功率>30W，新燈輻射253.7nm紫外線的強度需要>=90uW/cm2。

高強度紫外線消毒燈：功率>30W，新燈輻射253.7nm紫外線的強度需要>180uW/cm2。

低臭氧紫外線消毒燈：也是熱陰極低壓汞燈，由于采用了特殊工藝和燈管材料，故臭氧量低<1mg/h。

高臭氧紫外線消毒燈：采用特殊工藝，產(chǎn)生較大比例的184.9nm紫外線。

紫外線燈的應(yīng)用

在1904年，第一支石英紫外汞燈出現(xiàn)后，人們開始研究其殺菌領(lǐng)域上的應(yīng)用。

1907年，經(jīng)過改進(jìn)的石英紫外線燈被作為一種醫(yī)學(xué)治療光源被廣泛銷售。

1910年，在法國馬賽市，紫外線消毒系統(tǒng)第一次被用于城市給水處理的生產(chǎn)實踐中，日處理能力為200m3/d。

約1920年，紫外在空氣消毒領(lǐng)域的研究開始。

1936年開始在醫(yī)院，開始在醫(yī)院手術(shù)室中采用紫外殺菌技術(shù)。

1937年首次在學(xué)校中采用紫外線殺菌系統(tǒng)控制風(fēng)麻疹傳播。

20世紀(jì)60年代中葉，人類開始了對紫外線消毒技術(shù)在城市污水處理中的應(yīng)用。在1982年，加拿大一公司發(fā)明了世界上第一套明渠式安裝的紫外線消毒系統(tǒng)。

1975年，挪威啟用紫外消毒，替代有副產(chǎn)物的氮消毒。

1998年，Bolton證明紫外線消滅原生動物的有效性，從而助推了紫外線消毒技術(shù)應(yīng)用于一些大規(guī)模的城市給水處理之中。例如在1998-1999年間，芬蘭赫爾辛基市的給水廠分別進(jìn)行了改建。增加了紫外線消毒系統(tǒng)?？偺幚砟芰?2.000m3/h；加拿大埃德蒙頓市給水廠在2002年左右也安裝了紫外線消毒設(shè)施，日處理能力為15.000m3/h。

2003年美國環(huán)保局發(fā)布了紫外消毒的指導(dǎo)手冊。

目前，紫外線殺菌技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為安全可靠、高效環(huán)保的消毒技術(shù)。紫外線殺菌技術(shù)正逐步取代傳統(tǒng)化學(xué)消毒方法。成為主流的干式消毒技術(shù)。在國內(nèi)外各個領(lǐng)域得到了廣泛的運用，如廢氣處理、水處理、物表殺菌、空氣殺菌等。

無處不在的病毒現(xiàn)成為人類的一大考驗，隨著紫外線消毒技術(shù)的不斷進(jìn)步，紫外線消毒器的功能不斷提升，可應(yīng)用場景將不斷豐富，它會在人類歷史舞臺上扮演著越來越重要的守衛(wèi)者角色。