CN102343106B - 大气压低温等离子体杀菌装置及杀菌方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大气压低温等离子体杀菌装置及杀菌方法，所述装置采用在介质板侧面开孔插入高压和接地的钨电极，接通高压交流电后形成大气压介质阻挡放电方式，在充有反应气体的密封的塑料包装袋内表面产生大面积均匀低温等离子体进行杀菌消毒处理。装置结构简单，无需复杂的真空系统，成本低廉。利用产生等离子体中的活性特种杀除有害真菌，由于活性物质具有很强的化学活性，与真菌细胞产生生化反应，在短时间内导致有害真菌细胞凋亡，具有杀菌效率高，能量消耗低的显著特点。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体杀菌，尤其涉及一种大气压低温等离子体杀菌装置及杀菌方法。
背景技术
大气压低温等离子体生物材料表面处理技术，不需要复杂的真空设备，具有低成本、低能耗、高效率等特点，放电时气体温度低(40-80摄氏度)，处理过程中不会对生物材料表面造成损伤，在医疗器械杀菌消毒和食品安全等方面有重要应用。近十年来，利用大气压低温等离子体杀菌技术已掀起了全球性的热潮。目前世界上有多个研究小组在开展这方面的研究工作。我国这方面的研究工作还相对缺乏，尤其是在大气压条件下产生大面积低温等离子体。目前我们只发现一些研究者使用射流技术产生大气压低温等离子体，拟在研究放电产生机理并对细菌进行杀除。
利用大气压低温等离子体技术进行杀菌消毒具有十分重要的应用价值。这种杀菌方法成本低，设备简单，杀菌效率高，以及处理后不会产生二次污染。
但传统的射流方法产生的等离子体区域面积小，气体流量高，无法对大面积材料表面进行和封装材料内部进行杀菌处理。至今为止，大面积大气压低温等离子体产生技术及真菌消毒技术尚少有报道。
发明内容
鉴于现有技术所存在的上述问题，本发明旨在提供一种大气压条件下产生大面积冷等离子体的装置及杀菌方法，所述杀菌装置结构简单，所述杀菌方法便于操作，可在包装材料和封装材料内部进行消毒杀菌，高效节能，成本低廉。
本发明的技术解决方案是这样实现的：
一种大气压低温等离子体杀菌装置，包括正弦交流电源、绝缘材质的介质板和电极，其特征在于：
所述介质板两侧开有平行于所述介质板上下表面的一系列平行孔道，其孔径与电极的截面直径相配合；
所述电极为钨电极，高压电极和接地电极分别自两侧插入所述介质板的平行孔道中，并交替排列；
还包括电源的监测控制装置和两个气体质量流量计；
所述气体质量流量计分别与内装待处理物品的密封塑料包装袋的进气口连通，所述塑料包装袋的另一端开设有排气口。
进一步的，所述介质板为石英板或陶瓷板。
本发明同时公开了采用上述装置进行杀菌的方法，包括如下步骤：
(1)在介质板侧面平行孔道内交替插入高压和接地的钨电极；
(2)待处理物品放置于密封的塑料包装袋内，并一同放置于所述介质板的表面；
(3)混合反应气体分别通过气体质量流量计自进气口进入包装袋内，并在包装袋的另一端通过排气口排出袋内空气并保持袋内气压与外界平衡；
(4)接通正弦交流电源，在介质板表面产生大面积放电；利用电极间交替放电的共面介质阻挡放电产生的大气压低温等离子体对包装袋内放置的真菌样品进行杀灭；
步骤(3)中，所述混合反应气体温度为氦气和氧气的混合气体，其中氧气占氦气的质量比大于0，不大于7％。
步骤(4)中，所述正弦交流电压峰峰值为4-20kV，频率不大于20kHz。
进一步的，步骤(3)中排出袋内空气进行3-5回；步骤(4)的放电时间为1-5min。
进一步的，放电过程中，所述介质板与高压电极紧密接触放置于绝缘板上并利用架子架起。
所述绝缘板采用玻璃板。
用琼脂块放置等离子体区域测试，未见融化。由此可知，等离子体温度低于70摄氏度。
本发明利用交替排列的电极形式采用介质阻挡的方法，给电极加上交流电，当电压达到气体击穿电压时，介质层表面的气体会被击穿在介质层表面形成很薄的一层等离子体，对这种形式的放电我们称之为共面介质阻挡放电。真菌处理时由于塑料袋内充氦气，击穿电压低于空气因此会在塑料袋内产生放电。通过调节氦气和氧气的组分产生相应的活性粒子，如氧原子、臭氧和羟基等高化学活性物种与真菌细胞相互作用产生生化反应来达到杀除真菌的效果。
利用这种电极间交替放电的共面介质阻挡放电产生的大气压低温等离子体来对真菌样品进行处理，具有其独特的优势：包括放电方式简单，无需复杂的真空设备，设备成本低，杀菌效率高，能量消耗低等。可广泛应用于包装医疗器械杀菌消毒、和食品安全领域。
附图说明
图1为本发明所述杀菌装置的结构示意图；图中，
1.正弦交流电源 2.气体质量流量计 3.高压电极 4.接地电极 5.出气口 6.进气口 7.高压探头 8.示波器 9.低压探头 10.电阻 11.石英介质板 12.塑料包装袋
图2为杀菌效率曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
如图1所示的电极插入式石英板共面介质阻挡放电杀菌装置，其中，
正弦交流电源1，其电压调节范围0-20kV，频率调节范围0-20kHz，所述电源1通过高压探头7和低压探头9分别连接至示波器8，以监测和控制电源的峰峰电压在4-10KV，频率在0-20KHz可调；
石英介质板11，其两侧开有平行于所述介质板11上下表面的一系列平行孔道，其孔径与电极的截面直径相配合；
电极，为钨电极，包括高压电极3和接地电极4分别自两侧插入所述介质板11的平行孔道中，并交替排列；
两个气体质量流量计2，分别与内装待处理物品的密封塑料包装袋12的进气口6连通，所述塑料包装袋12的另一端开设有排气口5。
石英介质板11与电极间紧密接触放置在玻璃板上并利用架子架起。
使用时，高压电极由导线接通高压电源提供交流正弦波高压，电压峰-峰值调至10-20kV，频率范围在0-20kHz可调。混合反应气体分别通过气体质量流量计2自进气口6进入内装待处理物品的密封的塑料包装袋12内，所述包装袋12的表面积为80mm*100mm；同时，配合排气口5往复排气3-5回，保证反应气体的纯净。所述混合反应气体为氦气中掺杂少量的氧气的混合气体，其中，氧气掺杂质量占氦气质量不大于7％。放电处理时间为1-5min。在塑料袋12内表面形成大面积均匀冷等离子体，放电面积遍及整个包装袋12，利用这种共面介质阻挡放电的方式对密封的包装袋内部放置的物品进行杀菌消毒处理。通过平板计数法计数，经过氦气添加少量氧气放电处理5min后，杀菌效率达50％以上；通过控制氧气的百分比，最佳杀菌效率可高达99％，如图2所示。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种大气压低温等离子体杀菌装置，包括正弦交流电源、绝缘材质的介质板和电极，其特征在于：
所述介质板两侧开有平行于所述介质板上下表面的一系列平行孔道，其孔径与电极的截面直径相配合；
所述电极为钨电极，包括高压电极和接地电极，分别自两侧插入所述介质板的平行孔道中，并交替排列；
还包括电源的监测控制装置和两个气体质量流量计；
所述气体质量流量计分别与内装待处理物品的密封塑料包装袋的进气口连通，所述塑料包装袋的另一端开设有排气口。
2.根据权利要求1所述的杀菌装置，其特征在于：
所述介质板为石英板或陶瓷板。
3.一种采用如权利要求1所述装置进行杀菌的方法，包括如下步骤：
（1）在介质板侧面平行孔道内交替插入高压和接地的钨电极；
（2）待处理物品放置于密封的塑料包装袋内，并一同放置于所述介质板的表面；
（3）混合反应气体分别通过气体质量流量计自进气口进入包装袋内，并在包装袋的另一端通过排气口排出袋内空气并保持袋内气压与外界平衡；
（4）接通正弦交流电源，在介质板表面产生大面积放电；利用电极间交替放电的共面介质阻挡放电产生的大气压低温等离子体对包装袋内放置的待处理物品进行杀菌消毒；
步骤（3）中，所述混合反应气体为氦气和氧气的混合气体，其中氧气占氦气的质量比大于0，不大于7%；
步骤（4）中，所述正弦交流电压峰峰值为4-20kV，频率不大于20kHz。
4.根据权利要求3所述的杀菌方法，其特征在于：
步骤（3）中排出袋内空气进行3-5回；
步骤（4）的放电时间为1-5min。
5.根据权利要求3所述的杀菌方法，其特征在于：
放电过程中，所述介质板与高压电极紧密接触放置于绝缘板上并利用架子架起。
6.根据权利要求3所述的杀菌方法，其特征在于：
所述绝缘板为玻璃板。
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