CN101940905A - 基于可见光的羟基自由基发生装置及捕集方法 - Google Patents

Abstract

一种臭氧杀菌技术领域的基于可见光的羟基自由基发生装置及捕集方法，包括：测试箱体、臭氧发生器、臭氧在线监测仪、光源、培养皿和风扇，其特征在于：臭氧发生器、光源、培养皿和风扇分别固定设置于测试箱体内，光源固定在培养皿的上方，风扇固定设置于测试箱体内部且正对培养皿，臭氧在线监测仪位于测试箱体外部且臭氧在线监测仪的探头位于测试箱体内。本发明在可见光条件下，臭氧光分解产生羟基自由基的方法，并对产生的自由基进行自旋捕捉和ESR检测，能够准确检测出臭氧光分解过程中产生的羟基自由基，并可以结合ESR图谱进行分析。

Description

基于可见光的羟基自由基发生装置及捕集方法

技术领域

本发明涉及的是一种臭氧杀菌技术领域的方法，具体是一种基于可见光的羟基自由基发生装置及捕集方法。

背景技术

羟基自由基(·OH)是一种重要的活性氧，从分子式上看是由氢氧根(OH^-)失去一个电子形成。羟基自由基具有极强的电子能力也就是氧化能力，氧化电位2.8v。仅次于氟高于臭氧、过氧化氢、高锰酸钾、二氧化氯、氯等，具有极好的杀菌功能。因此羟基自由基可以广泛应用于民用、工业等各个领域，羟基自由基的产生和检测也显得尤为重要。

羟基自由基的常用检测方法有电子自旋共振法、荧光检测法、高效液相色谱法等等。其中电子自旋共振法(ESR)是检测自由基的最直接的方法，但要求待测自由基相对稳定。由于·OH反应活性强、寿命短，无法直接检测，因此需要选择合适的捕获剂，恰当的捕集方法，使捕获剂迅速与产生的自由基结合生成相对稳定的加合物，进行ESR测定，可间接获得·OH的含量。5，5-二甲基-1-吡咯物-N-氧化物(DMPO)是目前最常用的·OH捕获剂，具有较大的捕集速率常数，易溶于多种溶剂，不易水解。目前大气中羟基自由基的来源主要有四种：O₃的光分解、HNO₂的光分解、H₂O₂的光分解以及·HO₂与NO反应生成·OH。其中对于清洁大气而言，O₃的光分解是大气中·OH的重要来源。

经过对现有技术的检索发现，Iwaguch S等人在《Colloids and Surface B：Biointerfaces》2002，25：299-304发表了“Sterilization system using microwave and UV light”(基于微波和紫外线的杀菌系统)，该技术通过微波和紫外线联合辐射可使空气中产生羟基自由基，并由DMPO捕获剂溶液成功捕获。在废水处理方面，得到广泛应用的UV/O₃光催化氧化技术就是利用紫外光催化臭氧产生高氧化性的羟基自由基来降解污染物。但是目前大多数技术采用的都是紫外光，而对于可见光条件下的臭氧光分解还鲜有报道。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种基于可见光的羟基自由基发生装置及捕集方法，在可见光条件下，臭氧光分解产生羟基自由基的方法，并对产生的自由基进行自旋捕捉和ESR检测，能够准确检测出臭氧光分解过程中产生的羟基自由基，并可以结合ESR图谱进行分析。该技术可用于冰箱、洗衣机、微波炉等有限空间内的杀菌消毒，简单、高效、健康、环保，具备广泛的应用前景。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于可见光的羟基自由基发生装置，包括：测试箱体、臭氧发生器、臭氧在线监测仪、光源、培养皿和风扇，其中：臭氧发生器、光源、培养皿和风扇分别固定设置于测试箱体内，光源固定在培养皿的上方，风扇固定设置于测试箱体内部且正对培养皿，臭氧在线监测仪位于测试箱体外部且臭氧在线监测仪的探头位于测试箱体内。

本发明涉及上述装置的捕集方法，包括以下步骤：

1)组装羟基自由基发生装置；

2)开启风扇、臭氧发生器和臭氧在线监测仪并采集臭氧；

3)当空间内的臭氧浓度达到5-10ppm时，将自由基捕获剂溶液放在培养皿中，置于测试箱体内可见光源的正下方；

4)关闭测试箱门并打开光源开关，臭氧受到光源照射开始分解产生羟基自由基，培养皿中的自由基捕获剂溶液开始捕集测试箱体内产生的羟基自由基，培养皿旁边的风扇可加速自由基到达捕获剂溶液的表面；

5)捕集10-120min后，将捕集到羟基自由基的捕获剂溶液迅速转移至液氮中，以减少自由基的损失；

6)将捕集到自由基的捕获剂溶液从液氮中取出融化，用电子自旋共振波谱仪检测，当测得的谱图显示为DMPO-·OH加合物的ESR波谱的特征信号峰，则检测得到可见光条件下臭氧光分解过程中羟基自由基。

所述的特征信号峰是指：强度比为1∶2∶2∶1的四重峰曲线。

与现有技术相比，本发明光源为波长大于400nm的可见光源，相比传统的紫外光源，可以产生更多、氧化杀菌能力更强·OH自由基；减少紫外光对人体的危害；捕获方法快速简单，可减少·OH自由基的损失。此外，该技术可应用到冰箱、洗衣机、微波炉等有限空间内，利用产生的·OH自由基进行杀菌消毒，环保、高效、具有广泛的工业应用价值。

附图说明

图1为实施例装置示意图。

图2为羟基自由基的ESR示意谱图；

其中：图2a为可见光环境，图2b为紫外光环境。

具体实施方式

为更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图对具体的实施例作进一步描述。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例实现装置包括：测试箱体1、臭氧发生器2、臭氧在线监测仪3、光源4、培养皿5和风扇6，其中：臭氧发生器2、光源4、培养皿5和风扇6分别固定设置于测试箱体1内，光源4固定在培养皿5的上方，风扇6固定设置于测试箱体1内部且正对培养皿5，臭氧在线监测仪3位于测试箱体1外部且臭氧在线监测仪3的探头位于测试箱体1内。

本实施例中：

所述的测试箱体1为不透光材料制成，

所述的臭氧发生器2具体采用普通市售微型臭氧发生器装置得以实现，

所述的臭氧在线监测仪3具体采用TN-OS-4消毒臭氧监测仪装置得以实现，检测灵敏度可达0.1ppm，

所述的光源4具体采用波长大于400nm的LED可见光二极管得以实现，

所述的培养皿5的外部设有不透光锡纸包覆层，该培养皿5的直径为5cm；

所述的风扇6具体采用普通微型离心风扇得以实现。

如图2所示，上述装置通过以下步骤实现羟基自由基的发生和捕集：

第一步、组件上述实施装置；

第二步、将可见光源(波长430nm)、臭氧发生器，和风扇安装在测试箱体内的固定位置，外接臭氧在线检测仪；

第三步、开启臭氧在线监测仪、风扇和臭氧发生器采集浓度达6ppm的臭氧，采集时间为60min；

第四步、取5ml羟基自由基捕获剂溶液DMPO放在直径5cm的培养皿中，迅速打开测试箱体的门，将培养皿放在光源的正下方，后迅速把门关上；

第五步、打开光源开关，臭氧受到光源照射开始分解产生羟基自由基，培养皿内的捕获剂溶液开始自动捕集产生的羟基自由基，捕集时间为40min，40min后关闭光源和臭氧发生器；

第六步、将捕集到羟基自由基的自旋捕集溶液保存至液氮中，后进行ESR检测；

第七步、将光源换成常见波长254nm的紫外光源，重复实验。

如图2a所示，为自然光源条件下羟基自由基的ESR示意谱图，这是一个典型的四重峰曲线，其强度比为1∶2∶2∶1，这是DMPO-·OH加合物的ESR波谱的特征信号峰，由此证明羟基自由基的存在。即可见光条件下臭氧光分解可以产生羟基自由基。

图2b是紫外光源条件下羟基自由基的ESR示意谱图。

用四重峰的绝对峰值的加和作为评判·OH的ESR信号强度的标准，经计算，图2a与图2b的ESR信号强度分别为6.0×10⁵和4.5×10⁵，说明可见光条件下，臭氧分解比紫外光条件下可以产生更多的羟基自由基。

Claims (6)

1.一种基于可见光的羟基自由基发生装置，包括：测试箱体、臭氧发生器、臭氧在线监测仪、光源、培养皿和风扇，其特征在于：臭氧发生器、光源、培养皿和风扇分别固定设置于测试箱体内，光源固定在培养皿的上方，风扇固定设置于测试箱体内部且正对培养皿，臭氧在线监测仪位于测试箱体外部且臭氧在线监测仪的探头位于测试箱体内。

2.根据权利要求1所述的基于可见光的羟基自由基发生装置，其特征是，所述的测试箱体为不透光材料制成。

3.根据权利要求1所述的基于可见光的羟基自由基发生装置，其特征是，所述的光源为波长大于400nm的LED可见光二极管。

4.根据权利要求1所述的基于可见光的羟基自由基发生装置，其特征是，所述的培养皿的外部设有不透光锡纸包覆层，该培养皿的直径为5cm。

5.一种根据权利要求1所述装置的羟基自由基捕集方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)组装羟基自由基发生装置；

2)开启风扇、臭氧发生器和臭氧在线监测仪并采集臭氧；

3)当空间内的臭氧浓度达到5-10ppm时，将自由基捕获剂溶液放在培养皿中，置于测试箱体内可见光源的正下方；

4)关闭测试箱门并打开光源开关，臭氧受到光源照射开始分解产生羟基自由基，培养皿中的自由基捕获剂溶液开始捕集测试箱体内产生的羟基自由基；

5)捕集10-120min后，将捕集到羟基自由基的捕获剂溶液迅速转移至液氮中，以减少自由基的损失；

6)将捕集到自由基的捕获剂溶液从液氮中取出融化，用电子自旋共振波谱仪检测，当测得的谱图显示为DMPO-·OH加合物的ESR波谱的特征信号峰，则检测得到可见光条件下臭氧光分解过程中羟基自由基。

6.根据权利要求5所述的羟基自由基捕集方法，其特征是，所述的特征信号峰是指：强度比为1∶2∶2∶1的四重峰曲线。

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