脉冲强光技术概述

【资料简介】

      脉冲强光技术是一种利用瞬间放电的脉冲工程技术和特殊的惰性气体灯管，以脉冲形式激发强烈的白光，光谱分布近似太阳光，光强度相当于到达地球表面太阳光强度的数千乃至数万倍的一种世界的光源技术。它利用瞬时、高强度的脉冲光能量杀灭各类微生物，从而弥补了传统热杀菌、化学杀菌的缺点。脉冲强光技术出现在80年代，发展至今已成为一项强大的工业技术，可应用到水处理、空气杀菌、食品加工、制药、农副产品等众多领域，该技术还可应用于光固化领域以及温室植物助长，其固化效果优于传统紫外线固化，温室中可增加植物光合作用，促进生长以及具有灭虫效果。

一、脉冲强光的原理

   脉冲强光的zui基本结构是由一个动力单元和一个惰性气体灯单元组成。动力单元是向惰性气体灯单元提供高电压高电流脉冲的部件，为惰性气体灯提供所需的能量；惰性气体灯是在动力单元提供能量的基础上，发出由紫外线至近红外线区域的光线，紫外线波段尤为丰富，其光谱与太阳光光谱十分相近，但强度要超出数千倍至数万倍，光谱分布如图：
 
   脉冲强光的产生需要两部分装置完成，其一是具有功率放大作用的能量贮存器，它能够在相对较长的时间内（几分之一秒）积蓄能量，而后在短时间内（微秒或毫秒级）将该能量释放出来做功，这样在每一工作循环内就会产生相当高的功率（而实际消耗平均功率并不高），从而起到功率放大的作用；其二是光电转换系统，它将产生的脉冲能量贮存在惰性气体灯中，由电离作用即可产生高强度的瞬时脉冲强光。

二、脉冲强光的杀菌原理
 
   脉冲强光是可见光、红外线和紫外线协同作用于微生物，能破坏微生物的细胞壁和核酸结构，从而杀死微生物。脉冲强光对霉菌、革兰氏阳性致病菌、革兰氏阴性致病菌、需氧细菌芽孢和真菌分生孢子、*、枯草杆菌、酵母菌等都有明显的杀菌效果，杀菌机理主要有以下两点：
 
1.光化作用
 
   由于细菌的细胞中含有细菌的遗传信息核酸，当核酸被脉冲强光照射时会大量吸收紫外光，从而在体内形成一部分的间二氮杂苯和间二氮杂苯的异构体。这种物质会使细菌自身的新陈代谢机能出现障碍，并且会导致细菌的遗传性出现问题，直至死亡。脉冲强光中的200-280nm部分zui易被吸收，光化作用主要是UVC。
 
2.光热作用
 
   虽然光化作用主要来自于UVC,但脉冲强光的UVA和UVB部分也起着一定的杀菌作用。当辐射剂量达到一定的水平，UVA和UVB可以使细胞的表面温度迅速升高至130°C，从而破坏细菌的细胞壁，使细胞液蒸发，*破坏细胞结构，导致死亡。

三、脉冲强光的优点
 
1. 高穿透性
 
    由于脉冲强光具有*的峰值能量，它能穿透食品的包装，并*破坏DNA. 而普通的紫外线大部分能量以热能的形式释放。脉冲强光就像是闪电，把相同的能量以高峰值的形式瞬间释放，*破坏DNA。
 
2. 低温
 
   虽然脉冲强光的杀菌机理包含了光热作用，但以下的几个原因使它仍属于一种冷杀菌技术，低温特性有助于保持被处理食品的风味，食品的营养成分不会被破坏。
a.  作用时间短，热量来不及堆积。
b.  两个脉冲之间有足够的冷却时间
c.  脉冲强光不需要像汞灯有足够高的温度对汞进行汽化
d.  脉冲强光平均输出能量少
 
3.  即停/开控制
 
  脉冲强光的即停/开特性在某些环境非常重要，例如：在高速流转的胰岛素胶囊的生产线上，胶囊的两端需要接受紫外线照射，而中间一段却要避免紫外线的照射，这就需要胶囊两端经过时，脉冲强光开始工作，当中间部分经过时停止工作。脉冲强光的即停/开功能就能满足要求，而普通的紫外线灯因为需要预热等过程，就无法在瞬间实现停、开。
 
4. 能效高
 
  脉冲强光以脉冲形式输出能量，要比连续性紫外线所消耗的能量要少，其光电能转换率高达45%-50%，其中紫外线的能量占38%左右。
 
5. 高适配性
 
脉冲强光的特点决定该技术具有较好适配性
（1）可以根据不同环境生产不同形状灯泡。
（2） 可以根据不同的环境预设不同的脉冲频率和光谱输出范围等参数。
 
6. 安全
 
  脉冲强光技术之所以安全是因为不含汞，不含高压气体，在需要停止工作时能立刻停止，不会有紫外线泄露之患。

四、脉冲强光技术的应用
 
 1. 水处理

   脉冲强光技术应用在水处理领域，能有效杀灭水中细菌、病毒等微生物，经脉冲强光处理的饮用水*达到国家饮用水标准。该技术还可应用在污水处理方面，由于其能效高，弥补了传统紫外线技术的功率小，能耗大的缺点，该技术在污水处理领域有非常大的发展潜力。
 
 
 2. 空气杀菌
 
   脉冲强光技术能有效地对空气中的微生物进行杀灭，空气中的污染物主要有化学性污染物（如甲醛，苯系物等）和生物性污染物（如细菌，真菌，病毒），由于空气是光的良好媒介，脉冲强光就能有效分解空气的各种化学污染物，并灭杀各种有害微生物。脉冲强光有望代替传统的紫外线技术，成为空气杀菌的主要手段。
 
 
3. 食品饮料杀菌
 
    脉冲光技术应用在食品饮料加工领域，可有效减少食品表面的微生物数量，能使食品中的酶钝化。经脉冲光处理的食品中与未处理的相比，化学成分和营养特性没有显著的变化，不影响其口感。脉冲光应用于食品中的益处是延长产品货架期、降低病原菌的危害、改善食品的品质以及提高产品的经济效益等。
 
 
4. 物体表面
 
    脉冲强光对物体表面杀菌显著，可应用到公共场所的杀菌、家用杀菌、以及医药杀菌等等。
 
5. 光固化
 
    脉冲强光的光谱分布中有丰富的紫外线波段，紫外线强度远大于传统紫外线灯，且有其他波段协同作用，脉冲强光固化比传统紫外线固化处理时间快、效果好、可控性高，大大提高了工作效率。
 
6. 温室种植
 
    脉冲强光是一段广谱的白色闪光，光谱分布近似太阳光，对温室植物照射可增加光合作用，促进植物生长，同时有起到杀菌、灭虫的功效。