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【技術(shù)專題】為什么說(shuō)次氯酸（HClO）的殺菌能力是次氯酸根（ClO-）的80-100倍？
發(fā)布日期：2020.11.20
次氯酸與傳統(tǒng)含氯消毒劑在次氯酸占比、殺菌效果、安全性、腐蝕性等方面均存在差異。
次氯酸分子（HClO）與次氯酸根離子（ClO-，傳統(tǒng)含氯消毒劑次氯酸鈉的主要活性成分）的殺菌能力差異點(diǎn)在哪里呢？
含氯消毒劑的殺菌原理是靠溶于水產(chǎn)生具有殺微生物活性的次氯酸起作用，所以次氯酸的含量在一定程度上決定了含氯消毒劑殺菌能力的強(qiáng)弱。
同等有效氯濃度條件下，次氯酸水的殺菌效果是好于次氯酸鈉的。
為了論證以上觀點(diǎn)，下面先從幾個(gè)關(guān)鍵詞定義及專業(yè)概念說(shuō)起：
關(guān)鍵詞定義
含氯消毒劑 disinfectants with chlorine
溶于水中能產(chǎn)生次氯酸的消毒劑。
次氯酸消毒劑 disinfectants with hypochlorous acid
消毒液原液中含有穩(wěn)定的次氯酸的消毒劑。
次氯酸鈉 Sodium Hypochlorite
次氯酸鈉，是鈉的次氯酸鹽。次氯酸鈉與二氧化碳反應(yīng)產(chǎn)生的次氯酸是漂白劑的有效成分。
電解水 electrolyzed water
將軟化水中加入低濃度鹽酸和或氯化鈉，在有隔膜或無(wú)隔膜電解槽中電解后，生成的以次氯酸為主要?dú)⒕煞值乃嵝运芤海╬H 5.0～6.5）。電解水的主要功能成分都是次氯酸，在一定條件下可穩(wěn)定保存。
專業(yè)概念：
CT值 concentration-time value; CT
消毒劑的濃度和作用時(shí)間的乘積，用于比較消毒劑殺菌作用的指標(biāo)。這個(gè)概念很重要，是我們得出結(jié)論的重要依據(jù)之一。
奇克定律 Chick’s law
奇克之前闡述了消毒過(guò)程中的規(guī)律，認(rèn)為消毒過(guò)程類似于雙分子化學(xué)反應(yīng)，只不過(guò)反應(yīng)物分別是消毒劑與微生物，可以用化學(xué)反應(yīng)速率描述。
自由性氯 Free chlorine
次氯酸分子（HClO）與次氯酸根離子（ClO-）在殺菌原理上存在差異，我們采用日本科學(xué)家Fukuzaki教授2006年發(fā)表在《Biocontrol Science》上的論文來(lái)解釋其殺菌原理：
如上圖所示，細(xì)胞膜表面是帶有負(fù)電荷的，因此次氯酸根（ClO-，也是帶負(fù)電荷）不能輕易進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，而次氯酸（HClO）是中性小分子，可以穿透細(xì)胞膜，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，并與其內(nèi)部的DNA和線粒體發(fā)生反應(yīng)，使其死亡。這也就在一定程度上解釋了同等有效氯的情況下，為什么次氯酸（HClO）的殺菌能力比次氯酸鈉（NaClO）強(qiáng)的原因。
進(jìn)一步，我們?cè)賮?lái)解釋該結(jié)論是如何得出的……
通常情況下，消毒劑的消毒速度可以用Chick定律（1908年）來(lái)表示，即：
-dN/dt=kN
N：t 時(shí)刻活的微生物數(shù)量；k為反應(yīng)速率常數(shù)；t為反應(yīng)時(shí)間。
但是在實(shí)際使用過(guò)程，因?yàn)榇温人崴氖褂脻舛缺容^低，且次氯酸的消毒效果容易受到有機(jī)物的干擾，以及其他試驗(yàn)條件的影響（如溫度、pH值、微生物類型等），因此兩者的消毒效果差異并不能達(dá)到80-100倍的理想值。
但是，這并不影響次氯酸水在使用安全性、環(huán)保性上具有的巨大優(yōu)勢(shì)，可以說(shuō)次氯酸水是當(dāng)前理想的消毒產(chǎn)品之一。
目前次氯酸水已被列入多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范中使用，其應(yīng)用范圍也正逐步融入人們的生活。
《含氯消毒劑衛(wèi)生要求》 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：次氯酸消毒劑除了一般含氯消毒劑的功效外，還可以用于室內(nèi)空氣、二次供水設(shè)備設(shè)施表面、手、皮膚和粘膜的消毒。
次氯酸水列入《現(xiàn)代消毒學(xué)進(jìn)展》：在醫(yī)療領(lǐng)域，次氯酸水具有安全、對(duì)人體無(wú)刺激、殺菌效果好等優(yōu)勢(shì)，已應(yīng)用于手、皮膚黏膜和物體表面等消毒。目前，有學(xué)者研究將其應(yīng)用于口腔殺菌、牙科綜合治療臺(tái)管路消毒，其對(duì)預(yù)防牙菌斑附著、緩解口臭以及去除管道生物膜、改善牙科綜合治療臺(tái)管路衛(wèi)生環(huán)境等具有良好作用。
次氯酸水列入《醫(yī)療消毒技術(shù)規(guī)范》：次氯酸水可以用于空氣、地面、表面、織物、診療器材、水果蔬菜、二次供水設(shè)備設(shè)施、食飲具等多種對(duì)象的消毒。同時(shí)，電解水生成器操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)效率高，使次氯酸水的導(dǎo)入成本大大降低，因此特別適用于醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)、公共場(chǎng)所、教育機(jī)構(gòu)、游泳館、食品加工企業(yè)等有較高衛(wèi)生、安全要求的場(chǎng)合。
次氯酸分子（HClO）與次氯酸根離子（ClO-，傳統(tǒng)含氯消毒劑次氯酸鈉的主要活性成分）的殺菌能力差異點(diǎn)在哪里呢？
含氯消毒劑的殺菌原理是靠溶于水產(chǎn)生具有殺微生物活性的次氯酸起作用，所以次氯酸的含量在一定程度上決定了含氯消毒劑殺菌能力的強(qiáng)弱。
同等有效氯濃度條件下，次氯酸水的殺菌效果是好于次氯酸鈉的。
為了論證以上觀點(diǎn)，下面先從幾個(gè)關(guān)鍵詞定義及專業(yè)概念說(shuō)起：
關(guān)鍵詞定義
含氯消毒劑 disinfectants with chlorine
溶于水中能產(chǎn)生次氯酸的消毒劑。
次氯酸消毒劑 disinfectants with hypochlorous acid
消毒液原液中含有穩(wěn)定的次氯酸的消毒劑。
次氯酸鈉 Sodium Hypochlorite
次氯酸鈉，是鈉的次氯酸鹽。次氯酸鈉與二氧化碳反應(yīng)產(chǎn)生的次氯酸是漂白劑的有效成分。
電解水 electrolyzed water
將軟化水中加入低濃度鹽酸和或氯化鈉，在有隔膜或無(wú)隔膜電解槽中電解后，生成的以次氯酸為主要?dú)⒕煞值乃嵝运芤海╬H 5.0～6.5）。電解水的主要功能成分都是次氯酸，在一定條件下可穩(wěn)定保存。
專業(yè)概念：
CT值 concentration-time value; CT
消毒劑的濃度和作用時(shí)間的乘積，用于比較消毒劑殺菌作用的指標(biāo)。這個(gè)概念很重要，是我們得出結(jié)論的重要依據(jù)之一。
奇克定律 Chick’s law
奇克之前闡述了消毒過(guò)程中的規(guī)律，認(rèn)為消毒過(guò)程類似于雙分子化學(xué)反應(yīng)，只不過(guò)反應(yīng)物分別是消毒劑與微生物，可以用化學(xué)反應(yīng)速率描述。
自由性氯 Free chlorine
自由氯是Cl2、HOCl 與OCl-的統(tǒng)稱。自由氯是Cl2、HOCl 與OCl-的統(tǒng)稱。
在中性條件下，氯氣溶于水產(chǎn)生次氯酸（HClO），溶液顯示酸性；在堿性條件下，氯氣溶于水產(chǎn)生次氯酸根離子（ClO-）。
Fig 1 不同pH值條件下含活性氯水溶液中Cl2、HOCl 與OCl-的存在比例
次氯酸分子（HClO）與次氯酸根離子（ClO-）在殺菌原理上存在差異，我們采用日本科學(xué)家Fukuzaki教授2006年發(fā)表在《Biocontrol Science》上的論文來(lái)解釋其殺菌原理：
Fig 2 次氯酸分子（HClO）與次氯酸根離子（ClO-）的殺菌原理差異
如上圖所示，細(xì)胞膜表面是帶有負(fù)電荷的，因此次氯酸根（ClO-，也是帶負(fù)電荷）不能輕易進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，而次氯酸（HClO）是中性小分子，可以穿透細(xì)胞膜，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，并與其內(nèi)部的DNA和線粒體發(fā)生反應(yīng)，使其死亡。這也就在一定程度上解釋了同等有效氯的情況下，為什么次氯酸（HClO）的殺菌能力比次氯酸鈉（NaClO）強(qiáng)的原因。
1948年，英國(guó)劍橋大學(xué)的Gordon M. F等在亞特蘭大的一次學(xué)術(shù)會(huì)議上，發(fā)表了題為“Fair G M , Morris J C , Chang S L , et al. The Behavior of Chlorine as a Water Disinfectant[J]. Journal, 1948, 40(10):1051-1061.”的文章，其中明確指出次氯酸根離子（ClO-）的殺菌能力只有次氯酸分子（HClO）的1/80，詳情如下：
進(jìn)一步，我們?cè)賮?lái)解釋該結(jié)論是如何得出的……
通常情況下，消毒劑的消毒速度可以用Chick定律（1908年）來(lái)表示，即：
-dN/dt=kN
N：t 時(shí)刻活的微生物數(shù)量；k為反應(yīng)速率常數(shù)；t為反應(yīng)時(shí)間。
Chick定律在應(yīng)用上有些許局限，因此，Butterfield等在此基礎(chǔ)上修正得出了以下經(jīng)驗(yàn)公式：
其中，C為在時(shí)間t=0時(shí)消毒劑的濃度
tc為對(duì)某種微生物達(dá)到指定殺滅率所需要的時(shí)間
K,n為試驗(yàn)常數(shù)
但是在實(shí)際使用過(guò)程，因?yàn)榇温人崴氖褂脻舛缺容^低，且次氯酸的消毒效果容易受到有機(jī)物的干擾，以及其他試驗(yàn)條件的影響（如溫度、pH值、微生物類型等），因此兩者的消毒效果差異并不能達(dá)到80-100倍的理想值。
但是，這并不影響次氯酸水在使用安全性、環(huán)保性上具有的巨大優(yōu)勢(shì)，可以說(shuō)次氯酸水是當(dāng)前理想的消毒產(chǎn)品之一。
目前次氯酸水已被列入多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范中使用，其應(yīng)用范圍也正逐步融入人們的生活。
《含氯消毒劑衛(wèi)生要求》 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：次氯酸消毒劑除了一般含氯消毒劑的功效外，還可以用于室內(nèi)空氣、二次供水設(shè)備設(shè)施表面、手、皮膚和粘膜的消毒。
次氯酸水列入《現(xiàn)代消毒學(xué)進(jìn)展》：在醫(yī)療領(lǐng)域，次氯酸水具有安全、對(duì)人體無(wú)刺激、殺菌效果好等優(yōu)勢(shì)，已應(yīng)用于手、皮膚黏膜和物體表面等消毒。目前，有學(xué)者研究將其應(yīng)用于口腔殺菌、牙科綜合治療臺(tái)管路消毒，其對(duì)預(yù)防牙菌斑附著、緩解口臭以及去除管道生物膜、改善牙科綜合治療臺(tái)管路衛(wèi)生環(huán)境等具有良好作用。
次氯酸水列入《醫(yī)療消毒技術(shù)規(guī)范》：次氯酸水可以用于空氣、地面、表面、織物、診療器材、水果蔬菜、二次供水設(shè)備設(shè)施、食飲具等多種對(duì)象的消毒。同時(shí)，電解水生成器操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)效率高，使次氯酸水的導(dǎo)入成本大大降低，因此特別適用于醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)、公共場(chǎng)所、教育機(jī)構(gòu)、游泳館、食品加工企業(yè)等有較高衛(wèi)生、安全要求的場(chǎng)合。
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