脈沖強(qiáng)光技術(shù)概述

【資料簡(jiǎn)介】

      脈沖強(qiáng)光技術(shù)是一種利用瞬間放電的脈沖工程技術(shù)和特殊的惰性氣體燈管，以脈沖形式激發(fā)強(qiáng)烈的白光，光譜分布近似太陽(yáng)光，光強(qiáng)度相當(dāng)于到達(dá)地球表面太陽(yáng)光強(qiáng)度的數(shù)千乃至數(shù)萬(wàn)倍的一種世界的光源技術(shù)。它利用瞬時(shí)、高強(qiáng)度的脈沖光能量殺滅各類(lèi)微生物，從而彌補(bǔ)了傳統(tǒng)熱殺菌、化學(xué)殺菌的缺點(diǎn)。脈沖強(qiáng)光技術(shù)出現(xiàn)在80年代，發(fā)展至今已成為一項(xiàng)強(qiáng)大的工業(yè)技術(shù)，可應(yīng)用到水處理、空氣殺菌、食品加工、制藥、農(nóng)副產(chǎn)品等眾多領(lǐng)域，該技術(shù)還可應(yīng)用于光固化領(lǐng)域以及溫室植物助長(zhǎng)，其固化效果優(yōu)于傳統(tǒng)紫外線固化，溫室中可增加植物光合作用，促進(jìn)生長(zhǎng)以及具有滅蟲(chóng)效果。

一、脈沖強(qiáng)光的原理

   脈沖強(qiáng)光的zui基本結(jié)構(gòu)是由一個(gè)動(dòng)力單元和一個(gè)惰性氣體燈單元組成。動(dòng)力單元是向惰性氣體燈單元提供高電壓高電流脈沖的部件，為惰性氣體燈提供所需的能量；惰性氣體燈是在動(dòng)力單元提供能量的基礎(chǔ)上，發(fā)出由紫外線至近紅外線區(qū)域的光線，紫外線波段尤為豐富，其光譜與太陽(yáng)光光譜十分相近，但強(qiáng)度要超出數(shù)千倍至數(shù)萬(wàn)倍，光譜分布如圖：
 
   脈沖強(qiáng)光的產(chǎn)生需要兩部分裝置完成，其一是具有功率放大作用的能量貯存器，它能夠在相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)（幾分之一秒）積蓄能量，而后在短時(shí)間內(nèi)（微秒或毫秒級(jí)）將該能量釋放出來(lái)做功，這樣在每一工作循環(huán)內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)高的功率（而實(shí)際消耗平均功率并不高），從而起到功率放大的作用；其二是光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，它將產(chǎn)生的脈沖能量貯存在惰性氣體燈中，由電離作用即可產(chǎn)生高強(qiáng)度的瞬時(shí)脈沖強(qiáng)光。

二、脈沖強(qiáng)光的殺菌原理
 
   脈沖強(qiáng)光是可見(jiàn)光、紅外線和紫外線協(xié)同作用于微生物，能破壞微生物的細(xì)胞壁和核酸結(jié)構(gòu)，從而殺死微生物。脈沖強(qiáng)光對(duì)霉菌、革蘭氏陽(yáng)性致病菌、革蘭氏陰性致病菌、需氧細(xì)菌芽孢和真菌分生孢子、*、枯草桿菌、酵母菌等都有明顯的殺菌效果，殺菌機(jī)理主要有以下兩點(diǎn)：
 
1.光化作用
 
   由于細(xì)菌的細(xì)胞中含有細(xì)菌的遺傳信息核酸，當(dāng)核酸被脈沖強(qiáng)光照射時(shí)會(huì)大量吸收紫外光，從而在體內(nèi)形成一部分的間二氮雜苯和間二氮雜苯的異構(gòu)體。這種物質(zhì)會(huì)使細(xì)菌自身的新陳代謝機(jī)能出現(xiàn)障礙，并且會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌的遺傳性出現(xiàn)問(wèn)題，直至死亡。脈沖強(qiáng)光中的200-280nm部分zui易被吸收，光化作用主要是UVC。
 
2.光熱作用
 
   雖然光化作用主要來(lái)自于UVC,但脈沖強(qiáng)光的UVA和UVB部分也起著一定的殺菌作用。當(dāng)輻射劑量達(dá)到一定的水平，UVA和UVB可以使細(xì)胞的表面溫度迅速升高至130°C，從而破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁，使細(xì)胞液蒸發(fā)，*破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致死亡。

三、脈沖強(qiáng)光的優(yōu)點(diǎn)
 
1. 高穿透性
 
    由于脈沖強(qiáng)光具有*的峰值能量，它能穿透食品的包裝，并*破壞DNA. 而普通的紫外線大部分能量以熱能的形式釋放。脈沖強(qiáng)光就像是閃電，把相同的能量以高峰值的形式瞬間釋放，*破壞DNA。
 
2. 低溫
 
   雖然脈沖強(qiáng)光的殺菌機(jī)理包含了光熱作用，但以下的幾個(gè)原因使它仍屬于一種冷殺菌技術(shù)，低溫特性有助于保持被處理食品的風(fēng)味，食品的營(yíng)養(yǎng)成分不會(huì)被破壞。
a.  作用時(shí)間短，熱量來(lái)不及堆積。
b.  兩個(gè)脈沖之間有足夠的冷卻時(shí)間
c.  脈沖強(qiáng)光不需要像汞燈有足夠高的溫度對(duì)汞進(jìn)行汽化
d.  脈沖強(qiáng)光平均輸出能量少
 
3.  即停/開(kāi)控制
 
  脈沖強(qiáng)光的即停/開(kāi)特性在某些環(huán)境非常重要，例如：在高速流轉(zhuǎn)的胰島素膠囊的生產(chǎn)線上，膠囊的兩端需要接受紫外線照射，而中間一段卻要避免紫外線的照射，這就需要膠囊兩端經(jīng)過(guò)時(shí)，脈沖強(qiáng)光開(kāi)始工作，當(dāng)中間部分經(jīng)過(guò)時(shí)停止工作。脈沖強(qiáng)光的即停/開(kāi)功能就能滿足要求，而普通的紫外線燈因?yàn)樾枰A(yù)熱等過(guò)程，就無(wú)法在瞬間實(shí)現(xiàn)停、開(kāi)。
 
4. 能效高
 
  脈沖強(qiáng)光以脈沖形式輸出能量，要比連續(xù)性紫外線所消耗的能量要少，其光電能轉(zhuǎn)換率高達(dá)45%-50%，其中紫外線的能量占38%左右。
 
5. 高適配性
 
脈沖強(qiáng)光的特點(diǎn)決定該技術(shù)具有較好適配性
（1）可以根據(jù)不同環(huán)境生產(chǎn)不同形狀燈泡。
（2） 可以根據(jù)不同的環(huán)境預(yù)設(shè)不同的脈沖頻率和光譜輸出范圍等參數(shù)。
 
6. 安全
 
  脈沖強(qiáng)光技術(shù)之所以安全是因?yàn)椴缓缓邏簹怏w，在需要停止工作時(shí)能立刻停止，不會(huì)有紫外線泄露之患。

四、脈沖強(qiáng)光技術(shù)的應(yīng)用
 
 1. 水處理

   脈沖強(qiáng)光技術(shù)應(yīng)用在水處理領(lǐng)域，能有效殺滅水中細(xì)菌、病毒等微生物，經(jīng)脈沖強(qiáng)光處理的飲用水*達(dá)到國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)還可應(yīng)用在污水處理方面，由于其能效高，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)紫外線技術(shù)的功率小，能耗大的缺點(diǎn)，該技術(shù)在污水處理領(lǐng)域有非常大的發(fā)展?jié)摿Α?br /> 
 
 2. 空氣殺菌
 
   脈沖強(qiáng)光技術(shù)能有效地對(duì)空氣中的微生物進(jìn)行殺滅，空氣中的污染物主要有化學(xué)性污染物（如甲醛，苯系物等）和生物性污染物（如細(xì)菌，真菌，病毒），由于空氣是光的良好媒介，脈沖強(qiáng)光就能有效分解空氣的各種化學(xué)污染物，并滅殺各種有害微生物。脈沖強(qiáng)光有望代替?zhèn)鹘y(tǒng)的紫外線技術(shù)，成為空氣殺菌的主要手段。
 
 
3. 食品飲料殺菌
 
    脈沖光技術(shù)應(yīng)用在食品飲料加工領(lǐng)域，可有效減少食品表面的微生物數(shù)量，能使食品中的酶鈍化。經(jīng)脈沖光處理的食品中與未處理的相比，化學(xué)成分和營(yíng)養(yǎng)特性沒(méi)有顯著的變化，不影響其口感。脈沖光應(yīng)用于食品中的益處是延長(zhǎng)產(chǎn)品貨架期、降低病原菌的危害、改善食品的品質(zhì)以及提高產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益等。
 
 
4. 物體表面
 
    脈沖強(qiáng)光對(duì)物體表面殺菌顯著，可應(yīng)用到公共場(chǎng)所的殺菌、家用殺菌、以及醫(yī)藥殺菌等等。
 
5. 光固化
 
    脈沖強(qiáng)光的光譜分布中有豐富的紫外線波段，紫外線強(qiáng)度遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)紫外線燈，且有其他波段協(xié)同作用，脈沖強(qiáng)光固化比傳統(tǒng)紫外線固化處理時(shí)間快、效果好、可控性高，大大提高了工作效率。
 
6. 溫室種植
 
    脈沖強(qiáng)光是一段廣譜的白色閃光，光譜分布近似太陽(yáng)光，對(duì)溫室植物照射可增加光合作用，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，同時(shí)有起到殺菌、滅蟲(chóng)的功效。