CN1642581A - 将有机基试剂注入弱离子化气体以产生化学活性物种的系统和方法 - Google Patents

Abstract

将有机基试剂注入弱离子化气体以产生化学活性物种的系统和方法。有机基试剂可以是有机添加剂(如醇或乙烯)与氧化剂(如氧气)在被注入弱离子化气体之前混合形成的结合物。另外，有机基试剂在存在空气时(非真空室)可作为有机添加剂独自注入，此时所含空气作为氧化剂起作用。同样，有机基试剂可包括自身含有氧化组份如乙醇组成的有机添加剂。此时，有机组份的氧化组份在注入弱离子化气体中时形成羟基，其足以用作氧化剂，从而消除了使用其他氧化剂的必要性。不考虑所用有机基试剂，当出现在弱离子化气体中时，有机添加剂与氧化剂反应引发化学活性物种的产生。这一系统和方法可用于杀菌，而所产生的化学活性物种提高的浓度可加速并改善表面和/或流体中不需要的化学和/或生物污染物的整体杀灭速率。

Description

将有机基试剂注入弱离子化气体以产生 化学活性物种的系统和方法

相关申请的交叉参考

本申请要求2002年4月2日提交的US临时申请No.60/369,654的优先权，其全文引入于此作为参考。

发明领域

本发明涉及活性物种的产生，特别是，涉及将有机基试剂注入弱离子化气体以产生化学活性物种，例如离子和自由基的系统和方法。

发明背景

环氧乙烷(EO)自1950年代以来广泛用作对于杀菌温度和湿度敏感的设备和储物的低温杀菌剂。人们相信使用环氧乙烷可以通过被称为“烷基化”的机理完成杀菌。烷基化过程中乙基取代了维持生命所需的分子中的氢原子。这一取代禁止了蛋白质和DNA等分子的正常的生命维持功能。在低温杀菌过程中足量的EO用于中断或禁止微生物的生命。

迄今，EO杀菌剂典型地与氯氟烃杀菌剂(如，CFC-12)结合使用。在1995年氯氟烃杀菌剂由于其对地球臭氧层的破坏，被环境法案所淘汰。但是，由于下列原因，EO医疗器械杀菌时使用EO仍很流行：其能够达到难以达到的位置并破坏微生物；其与大量不同物质具有相容性和穿透性；及在替代现有系统时费用低。尽管有如上优点，EO作为杀菌剂仍有许多缺点，包括(i)考虑到患者和工作人员的安全，需要在曝露于EO中后进行充气；(ii)相对较长的循环时间以确保杀菌效果并提供安全的充气；(iii)使用EO具有高的毒性和反应危险性；和(iv)纯EO具有可燃性。

随着对与其他杀菌方法相关联的加热和其他化学处理敏感的需要进行杀菌的材料和仪器的使用越来越多，环境法案为杀菌工业留下了一个日益扩大的真空。人们开始关注于寻找一种替代的杀菌剂，其可不再使用EO而又能提供相同的效率。为满足医疗工业的这一需求，开发出了大量替代的杀菌方法，包括使用：(i)纯EO(其为高度易燃的)；(ii)不可燃的EO/HCFC混合物；和/或(iii)无热量等离子体。

特别的，Johnson&Johnson开发出了Sterrad低温气体杀菌工艺，它使用势垒放电等离子体技术。其机理是使用过氧化剂，过氧化氢。尽管氧化剂比烷基化试剂(如，EO)更具化学活性，使其在低温下更为有效，但氧化剂缺点在于其穿透杀菌对象所有部分(特别是诸如狭长内腔)的能力较差。过氧化剂杀灭维持生命的分子时不需要很大的量。由于其被食品和药品管理局认可作为杀菌剂，Sterrad设备逐渐被药品研究所接受。但是，Sterrad设备不适合用于包装物或其他含有纤维素的物品，因为它们会吸收杀菌剂。Sterrad设备的其他缺点包括：(i)由于需要在真空室中操作，加载量受到限制；(ii)无法穿透狭长内腔；(iii)费用和操作成本相对较高；和(iv)循环时间相对较慢。

因此需要开发改善的系统和方法，应可提供相同水平的效率而避免所有合用EO的缺点。另外，需要开发处理含有不需要的化学和/或生物污染物的固体，流体，气体，蒸汽或其任意组合物的系统和方法。

发明简述

本发明涉及处理物品以杀灭其中不需要的化学和/或生物污染物的方法，该方法克服了传统方法所具有的不足。

特别地，本发明涉及将有机基试剂注入弱离子化气体以产生化学活性物种，例如离子和自由基的系统和方法。有机基试剂可以是有机添加剂(例如，醇(如C₁-C₅醇或优选C₁-C₃醇)或C₂-C₆烯(如乙烯))与氧化剂(如氧气)在被注入弱离子化气体之前混合形成的结合物。另外，有机基试剂在存在空气时(非真空室)可作为有机添加剂独自注入，此时所含空气作为氧化剂起作用。同样，有机基试剂可包括自身含有氧化组份如乙醇的有机添加剂。此时，有机组份的氧化组份在注入弱离子化气体中时形成羟基，原子氧或其他氧化物种，这足以消除其他氧化剂使用的必要性。不考虑所用有机基试剂，当出现在弱离子化气体中时，有机添加剂与氧化剂反应引发化学活性物种的产生。这一系统和方法可用于杀菌，而所产生的化学活性物种提高的浓度可加速并改善表面和/或流体中不需要的化学和/或生物污染物的整体杀灭速率。

另外，本发明涉及提高用于处理物品的弱离子化气体所产生的化学活性物种的浓度的方法。弱离子化气体由一个反应器产生。有机基试剂，包括有机添加剂和氧化剂，被引入弱离子化气体中以提高化学活性物种的生成。待处理物品曝露在所产生的化学活性物种中以杀灭不需要的化学和/或生物污染物。

另外，本发明还涉及实施上述方法的系统。

附图简述

从以下详细描述和本发明说明性实施方案中的附图，本发明前述及其他特点将变得更为明显，附图中相似的参考数目在全部附图中指代相似的对象，其中：

图1为反应系统示意图，其中根据本发明，有机基试剂被注入弱离子化气体中以产生化学活性物种。

图2为示例性的毛细管放电(discharge)反应器的截面图，其中根据本发明，有机基试剂被注入弱离子化气体中以产生化学活性物种。

图2b为示例性的毛细管放电反应器的截面图，该反应器带有与毛细管没有流体联系的辅助通道，其中根据本发明，有机基试剂被注入弱离子化气体中以产生化学活性物种。

图2c为示例性的毛细管放电反应器的截面图，该反应器带有与毛细管具有流体联系的辅助通道，其中根据本发明，有机基试剂被注入弱离子化气体中以产生化学活性物种。

图3a为示例性的狭缝(slot)放电反应器的部分纵向截面图，其中根据本发明，有机基试剂被注入弱离子化气体中以产生化学活性物种。

图3b是图3a狭缝放电反应器的顶视图。

图4a是示例性的环形缝隙(slit)放电反应器的透视图，缝隙定位在第一电极的纵向，其中根据本发明，有机基试剂被注入弱离子化气体中以产生化学活性物种。

图4b是图4a中第一内电极的另一种结构的透视图，其中缝隙定位在第一电极的径向；及

图4c是环形缝隙放电反应器另一个示例性实施方案中的一部分的透视图，其中缝隙形成在旋转于内管周围的相邻电极之间。

发明详述

本发明方法将有机添加剂(如，液体，气体和/或蒸汽)注入生成的弱离子化气体中，优选但不一定要在大气压下，以生成化学活性物种(如，离子和自由基)，可以加速并改善对表面和/或流体(例如，液体，气体，蒸汽，或其任意组合)中不需要的化学和/或生物污染物的整体杀灭速率。可使用任何可生成“弱离子化气体”的反应器结构，“弱离子化气体”定义为气体放电等离子体或非等离子体介质(带电的及中性颗粒混合物)，其中中性颗粒浓度(体积浓度)与带电颗粒浓度之比大于约1000比1。弱离子化气体可以，但不需要一定是“等离子体”，等离子体定义为含有正，负和中性颗粒的气体，其中给定体积中负电荷的数量密度大约与正电荷的数量密度相同。这些反应器由能量源，如直流(DC)，交流(AC)或射频(RF)能量源提供能量。在详述中描述了几个示例性反应器的结构，但是其他结构也是可以预料的且在本发明范围之内。

反应器的结构使得通常被污染了不需要的化学品(如原子态元素或化合物)和/或生物试剂(如蛋白质或DNA)的待处理物品(如，固体或象液体，蒸汽，气体或其任何组合一类的流体)被曝露在所生成的弱离子化气体中，在其中发生氧化，还原，离子诱导反应，和/或电子诱导反应等不同过程，足以使选择性的化学过程或反应机理进行。将有机基试剂注入所产生的弱离子化气体以加强一或多种这样的化学过程。有机基试剂典型的是有机添加剂(例如，醇，乙醇或乙烯))与氧化剂(如氧气)在被注入弱离子化气体之前混合形成的结合物。另外，有机基试剂在存在空气(非真空室)因而自身含有氧时，可作为有机添加剂注入弱离子化气体中。使用含有自身具有氧化组份如EO或乙醇的有机添加剂的有机基试剂也在本发明范围之内。此时有机组份的氧化组份在注入弱离子化气体中时形成羟基，原子氧或其他氧化物种。所产生的这些氧化物种足以消除其他另外的氧化剂使用的必要性。但是，如果需要另外的氧化，可向弱离子化气体中注入附加的氧化剂(例如，氧)，其注入时间可与含有氧化组份的有机添加剂的注入同时或更晚，目的在于提高氧化物种浓度从而提高总体的表现和效率。在任何过程中，有机蒸汽在弱离子化气体存在下与氧化剂(来自空气，作为有机添加剂的补充的来源或其组份)反应引发化学活性物种如离子和自由基的生成。所选注入弱离子化气体中的有机添加剂可在略微，如果发生的话，加热本体气体情况下，用于促进或引发特别化学反应。

通过实施例，本发明针对有机添加剂注入弱离子化气体中以对被沾污的表面，液体，气体，蒸汽和/或空气流进行杀菌的应用进行描述。但是，将该系统和方法用于其他杀菌应用也在本发明范围之内。

下文所述实施方案中，用于产生弱离子化气体的反应器的尺寸的选择，如所希望的，应使污染物曝露在所产生活性物种中的停留时间足以将不希望的化学和/或生物污染物杀灭到所希望的浓度，如，达到分子级。有机添加剂可直接注入反应器中，在其中产生弱离子化气体。弱离子化气体反应器大小及尺寸的选择应能够用有机添加剂发生选定的化学反应，而且弱离子化气体产生的活性物种的寿命应长得超出弱离子化气体产生区段且足以在反应器下游进行杀菌或氧化过程(如，可使所产生活性物种在其生命周期内与放置在反应器下游过滤器表面的污染物反应并将其杀灭)。

以下为与化学物种产生对应的弱离子化气体加强化学中存在的四个反应机理示例。所有机理的共同点在于电子碰撞解离和离子化以形成反应性基团。向弱离子化气体中注入有机基试剂促进了这些化学反应中的一个或多个，从而提高了某些所产生化学活性物种的浓度，进而改善了杀菌和去污染过程。向弱离子化气体中注入有机基试剂产生了以下反应链中的一个或多个并生成了化学活性物种：

1. 离子和离子簇的形成：

                

                

                

                

                

                

                

                

当有机基试剂中存在乙醇时，水合氢离子簇可将乙醇质子化：

    

EtOH₂ ⁺(H₂O)b这样的离子簇具有相对较长的寿命，可存活至转移到待杀菌表面上之后，并用Et基团取代细菌DNA上的氢原子，从而杀死目标微生物。其他有机离子，如·C₂H₄OH⁺，·C₂H₃OH⁺，·CH₂OH⁺，·CHOH⁺，CH₃OH⁺，·C₂H₅ ⁺可以形成并结簇。这些有机离子各自在杀菌过程中的角色取决于其寿命及化学活性。

2. 自由基形成：

             

             

             

             

             

             

             

             

             

其他大量反应可能导致NO₂，HO₂·及其他活性物种，如H₂O₂的形成。

存在有机物时，会发生有机基团的形成：

             

             

             

             

             

注入弱离子化气体中的有机物和氧还促进了其他有机基团的形成，如过氧基(RO₂)，烷氧基(RO)，酰基过氧化酰基(RC(O)OO)，及副产物，如氢过氧化物(ROOH)，过硝酸酯(RO₂NO₂)，有机硝酸酯(RONO₂)，过氧酸(RC(O)OOH)，羧酸(RC(O)OH)，过氧酰基硝酸酯(RC(O)O₂NO₂)，及其他含氧有机基团。无论使用何种有机添加剂，均可得到预定浓度的各有机基团，唯一的区别在于根据所用有机添加剂的不同，各有机基团的浓度会有不同。初级的实验结果似乎表明使用乙烯可以得到最有效的杀菌，但是，可使用其他有机添加剂以形成部分氧化的产物，包括乙醇。因此，杀菌方法在将有机基试剂注入弱离子化气体时可以得到改善。

迄今，已有杀菌方法依赖于弱离子化气体中形成的氧，氢或氮基活性基物种，或直接依赖于电场，等离子体或辐射。相反，本发明杀菌方法依赖于将有机基试剂注入弱离子化气体中所产生的化学活性物种。基于O，H，N的活性物种(如，NO₂·，H₂O₂，O₃及相应的基团如HO₂·，OH·)作为杀菌剂效率明显低于将有机基试剂注入弱离子化气体时产生的化学活性物种。

图1是根据本发明将有机基试剂注入弱离子化气体中以产生化学活性物种的示意图。氧化剂1(如，空气或氧气)与有机添加剂2(如，乙烯，醇)混合以形成有机基试剂9。对于实施例，有机基试剂9可以是乙烯与氧相混合，或乙醇在空气中。不是引入独立于有机添加剂的氧化剂，有机添加剂自身可能就具有氧组份。例如，EO或乙醇可用作有机添加剂并注入弱离子化气体中从而产生羟基基团，原子氧或其他作为氧化剂的氧化物种。这些羟基基团消除了再独立地引入氧化剂的需要。为提高效能，甚至在使用含有氧组份的有机基试剂时，仍可，但不是必需的，独立地注入另外的氧化剂。

有机基试剂9可以是液体，蒸汽或其任意组合。另外，有机基试剂9优选通过定位于初级或第一电极上的开口被注入弱离子化气体反应器3中，如下面将详述的那样，并在那里产生最高浓度的杀菌物种，包括化学活性物种。

能量源4如DC，AC，高频，RF，微波，或脉冲，取决于特定的等离子源设计，驱动反应器3。待处理物品5，典型地为待处理流体如液体，气体或蒸汽，可与有机基试剂9一同通入或接近在其中生成弱离子化气体的等离子体反应器3。其好处在于待处理物品5会曝露在高浓度的所产生化学活性物种中，后者存在于等离子气体产生的区域内。另外，或除此之外，待处理物品5’(通常为固体物品)可放置在弱离子化气体产生区域之后(例如，其下游)，而仍能够在化学活性物种寿命期之内曝露在其中，该化学活性物种通过将有机基试剂注入弱离子化气体中产生。在一个特别的实施例中，待处理物品5’为一个放置在杀菌仓内的微粒过滤器和/或被污染的物品(如，被污染的固体表面，被污染的液体，被污染的气体，或其任意组合)并曝露在杀菌活性物种中，该杀菌活性物种通过弱离子化气体和注入的有机基试剂产生。待处理物品5，5’可以，但不是必需，是相同的。例如，作为待处理物品5的气体将通过毛细管，并在其中曝露于在其中产生的化学活性物种中，同时待处理固体物品5’的表面可被放置在能够直接曝露在所产生化学活性物种产生点下游的地方。

弱离子化气体和所注入有机基试剂产生的杀菌物种与待处理物品5，5’上沉积或其所含有的化学或生物污染物(例如，DNA和其他微生物的结构单元)进行反应。例如，通过曝露在所产生的化学活性物种中，用烷基(C_nH_2n+1)将细菌DNA的氢原子置换以使微生物失活或破坏。相信此处所述本发明方法的杀菌作用对应于烷基化，但是，其他机理及化学活性物种也可存在。本发明杀菌系统和方法提高了总体效力同时降低传统有毒杀菌剂带来的健康和环境危害，这是因为使用了有机添加剂存在下由弱离子化气体产生的生物活性同时又是短寿命的化学活性物种。

预期弱离子化气体生成反应器具有多种结构。将详细描述几种示例性大气压下非热型等离子体反应器结构，但是，如果需要，可使用其他结构。图2a为示例性的毛细管放电反应器的截面图，如2000年12月15日提交的，序列号为09/738,923的美国专利申请所述，其专利权人与本发明相同。仅为了说明目的，所绘反应器200具有一个第一电介体(dielectric)205，其上有两个毛细管穿过其中和一个与第一电介体205分离的第二电介体215以形成与毛细管210有流体接触的通道235。第二电极板225与第二电介体215联接。尽管图2a中示出了两个毛细管210，反应器200可设计为，如所需要，第一电介体205含有一个或多个毛细管。第一和第二电介体205，215可以相同或不同。如图2a所示，第二电极225为一平板，但是，可使用任何其他形状，包括与第一电极220相似的分段电极。而且，第二电极和第二电介体还可以取消。

第一电极220与第一电介体205相联。在一个优选实施方案中，第一电极220是与各毛细管210流体接触的多个电极段。在图2a所示实施例中，电极段形状为中空的圆柱，环或垫圈，其部分插入各毛细管210中。在另一个实施方案中，第一电极220可放置在电介体205之上并与之平齐，或以任何需要的深度嵌入毛细管210之中。能量源230与第一和第二电极220，225相联。

由于图2a所示第一电极220的电极段为中空的，有机基试剂可通入或注入其中并进入定位于第一电介体205中的毛细管210中。通过能量源230分别向第一和第二电极220，225上施加电压，毛细管210和通道235中产生弱离子化气体。向所产生的弱离子化气体中引入有机基试剂，在毛细管210和/或通道235中产生化学活性物种，这促进了破坏污染物和杀菌所需的化学反应。

操作中，待处理物品5(典型地为待杀菌的被污染的流体)优选与有机基试剂一同通过第一电极220的电极段的开口，并进入各毛细管210中，在其中产生弱离子化气体。弱离子化气体中有机基试剂的存在提高了所生成化学活性物种的浓度。在毛细管210中所产生化学活性物种具有最高的浓度。因此，最有效的杀菌应该是将待处理的被污染的物品通过这些产生的离子，自由基和活性物种浓度最高的部分(如，在毛细管自身当中)。而且，或另外，待处理物品5’(典型的为被污染的固体)可通过通道235或放置在接近毛细管出口处，辉光后含有所产生的化学活性物种的弱离子化气体就从那里排出(相对于第一电极的位置)。由于杀菌性活性物种的寿命相对较短(例如，杀菌性活性物种的寿命范围为几个毫秒，因此在失活之前仅能流过几个毫米)，因此将待处理物品5，5’放置在通道235中时与待处理物品通过第一电极220和毛细管220的开口(在那里化学活性物种的浓度最高)相比，去污染效率明显更差一些。

如图2a所示的毛细管放电反应器可进行修改，包括在第一电介体205中定位辅助通道。这一结构特别适用于这样的应用：其中使用了固体或非多孔性第一电极220，但不排除中空或非多孔性第一电极220的使用。图2b所示毛细管放电反应器具有单一毛细管210与固体的大头针形状的环形电极220，其终点位置部分插入毛细管中。辅助通道215的位置在毛细管210两侧穿过第一电介体205。在图2b所示实施方案中，辅助通道215与毛细管210没有流体接触。另一种结构示于图2c，其中平头固体的大头针形状的环形电极220部分插入毛细管210中，毛细管210与辅助通道215有流体接触。无论哪种结构中，各毛细管和/或辅助通道的数量，形状，尺寸或取向角度均可根据需要进行修改。无论在图2b和2c所示的哪种结构中，均可向通道215中引入有机基试剂以稳定弱离子化气体或提高所产生的用于促进化学反应的化学活性物种的浓度。如果使用中空或多孔性第一电极，有机基试剂可注入通过和/或进入毛细管210，而且，或相反，被注入辅助通道215中。待处理物品5(典型的为被污染的流体)可与有机基试剂一同引入并通过：第一电极220(如果其为中空的或多孔的)和毛细管210和/或定位于第一电介体中的辅助通道215。

作为毛细管放电反应器的另一种结构，可使用狭缝放电反应器，如2003年2月19日提交的，序列号为10/371,243的美国专利申请所述，其专利权人与本发明相同。示例性的狭缝放电反应器的部分纵向截面图示于图3a，同时顶视图示于图3b。第一电介体305中放置了一个或多个狭缝310。“狭缝”定义为长度大于宽度，且最大长度仅局限于其所定位的电介体的尺寸的孔(aperture)或开口。例如，第一电介体板中狭缝的宽度为约1/32英寸，长度约为16英寸(即，长宽比为512∶1)。狭缝尾端和电介体板尾端之间可保留一英寸的边界。狭缝的放置以使相邻狭缝之间分开约1/8英寸。这一实施例和其尺寸不是为了限制本发明范围。在一个优选实施方案中，长宽比至少为约10∶1。更大的长宽比也是可能的，甚至尺寸比可以几何级数增长如至少大约100∶1或至少大约1000∶1。在另一个实施方案中，长宽比为约10∶1至约100∶1，1000∶1或10,000∶1或约100∶1至约1000∶1或10,000∶1。这些仅是几个实施例，其他长宽比也是可以预期的而且在本发明范围之内。

在图2a-2c所示毛细管放电反应器结构中，毛细管尺寸在x-y平面上基本上彼此相同，该平面定义为基本上与毛细管的纵向或轴向呈横向的侧平面。这样，如果有的话，电子沿毛细管向下迁移时轴向的差异就很小，因为从毛细管中产生之前猝灭(与壁的碰撞)的可能性在x和y方向是基本相同的。使用狭缝时，长度，例如在y-方向的基本上大于宽度，例如在x-方向上的。优选，狭缝的长宽比至少为约10∶1。长度基本上大于宽度的结果是电子在沿z方向沿狭缝向下迁移通过电介体时，在从毛细管中产生之前猝灭或与壁碰撞的可能性明显降低。这一与壁碰撞可能性的降低意味着更少的猝灭及因此单位狭缝截面积中更高的等离子密度，所谓更高是与毛细管结构的单位面积上的等离子密度相比。尽管抑制了猝灭，狭缝仍能有效抑制辉光至电弧的转变。

毛细管一个跟一个装填成为一个系列时无论其数量是多少，本发明的狭缝结构与毛细管放电结构相比所产生的弱离子化气体的体积都更大。因此，使用狭缝结构与毛细管结构相比可得到的弱离子化气体的面积和体积都是明显更大。所产生弱离子化气体体积增加的结果是更大体积的待处理流体/气体可以曝露在弱离子化气体中。而且，这一狭缝结构的生产容易而且不贵。

图3a和3b分别示出了示例性的单电极段320和相关的第一电介体305中的狭缝310的部分纵向截面图和顶视图。尽管只示出了一个狭缝及其相关电极段，同样的电极段结构和安排可用于具有多个狭缝的反应器中。图3a为示例性矩形边框电极段320的部分截面图，该电极与其320’部分有一个T型交叉，320’部分部分插入定位于第一电介体305中的各狭缝中。肩部组件确保第一电极320基本均匀且稳固地插入狭缝310中，但是，肩部区段325不是必需的且第一电极可以是圆柱形中空管的形状。第一电极320形状的其他结构及其与狭缝310间的关系可以根据需要进行改动。由于矩形边框电极段320是开口或中空的，有机基试剂和/或待处理物品5可通过第一电极320自身的开口340进入第一电介体305的狭缝310中。此时，通过曝露在等离子体中进行的待处理物品5的处理可在狭缝310中进行，狭缝中存在的化学活性物种浓度最高。另外，或除此之外，有机基试剂和/或待处理物品5’可通过或放置在通道335中，通道分别位于第一和第二电介体305，315之间。

弱离子化气体反应器的另一种结构是缝隙放电反应器，如2002年11月2日提交的，序列号为10/287,772的美国专利申请所述，其专利权人与本发明相同。图4a是环形缝隙放电反应器第一个实施方案的透视图。第一或初级电介体环形管405沿径向分割为四个轴向部分，相邻部分相互间分隔开预定的距离以形成缝隙410，缝隙沿径向放置。具有四个分片的初级或第一电极420呈星形放置，各片沿径向伸展穿过第一电极电介体环形管405并接近放置，并与相应缝隙410有流体接触。接收或第二环形电极425，与放置在第一电介体405和第二环形电极425之间的第二环形电介体415将第一电介体405封装。第一电极420和第二环形电极425与能量源440相联。在第一和第二电介体405，415之间形成通道435，它接收有机基试剂和/或待处理物品。另外，或除此之处，有机基试剂和/或待处理物品可通过第一电极420与内第一电介体405之间的通道445接收。图4a所示出了第一电介体405沿径向分割为四个轴向段，但是，可以预期且仍在本发明范围之内，可将第一电介体分割为任何数目的二或更多段，这可以，但不是必需，是相等的尺寸，从而第一电极420优选具有与第一电介体中缝隙410数目相同的片数。

图4b示出了对图4a所示内第一电极结构的修改：不是分割以在其中形成径向缝隙(图4a)，而是将第一电介体405横向分割为几段，从而将内侧电介体圆柱管分隔为一系列的环405。如图4b所示，第一电介体405横向分割为四段或四个环，相邻部分以预定的距离分开以在期间形成缝隙410。与本发明相一致，内第一电极405可容易地分割为任何数量的环，环的尺寸可以相同或不同。在另一个实施方案中，缝隙410可定义为穿过圆柱形内第一电介体405的螺旋形，作为第一电极的导线放置在与螺旋缝隙准直或交叉的位置。

图4c示出了缝隙放电反应器的另一个实施方案，其中多个第一电介体棒450放射状地放置在内圆柱管455的外周，内管优选具有中空的中心以允许有机基试剂和/或待处理物品通过。如图4c所示在内圆柱管455的外周放置了十二个棒，但棒的数量根据需要可以不同。内圆柱管455可用导电性或介电性的材料制成。电介体棒450的摆放使相邻棒分开形成缝隙，使有机基试剂和/或待处理物品可以通过，通过时呈放射状地向外分配。在一个优选实施方案中，相邻电介体棒间形成的缝隙的宽度小于或等于约1mm以得到所需要的阻塞效果，这样可以基本减少，如果不能完全消除，辉光至电弧的转变。内圆柱管455由电介体材料制成时，可将导线或棒460插入相邻电介体棒450之间的缝隙里作为电极。接收或第二环形圆柱电极465，优选被接收或第二环形电介体470封装，放置在接近电介体棒450处且在内圆柱电极管和接收电极455，465之间施加电压差。如果使用AC或RF能量源，则接收或第二电极465被封装在第二电介体层470中或浸入非导电性液体中。另一方面，如果使用DC电源，不使用第二电介体且接收和第二电极465被浸入导电性液体中。任意形状，排列或数量的孔475定位在第一电极455上以允许有机基试剂和/或待处理物品通过并在第一电极455内侧的中空管道中回收。

上述弱离子化气体反应器结构均具有定位于电介体组件之上或在其间形成的穿孔(perforation)。但是，可以预期且仍在本发明范围之内使用有机基试剂的反应器，该反应器在电介体上可以没有穿孔，如传统的电晕放电或势垒放电反应器。

另外，反应器不需要使用电介体，而此时有机基试剂可通过定位于电极之上或在电极段之间形成的穿孔。简言之，本发明有机基试剂被弱离子化气体激发。激发发生在有机基试剂被注入，接收或通过电介体和电极的穿孔时。激发还发生在有机基试剂在接近辉光后的弱离子化气体处被注入或混合时。这简单地意味着有机基试剂必须存在于所产生的弱离子化气体之中以参与化学活性物种的生成。

此处所述的本发明系统和方法可用于任何待处理物品上不需要的化学和/或生物污染物的处理，销毁，杀灭，消除，纯化或去污染，无论该物品为固体，液体，气体，蒸汽或其任意组合。但是杀菌是本发明方法和系统一个特别的应用在破坏微生物试剂。示出并描述了本发明几个特别的杀菌系统和方法的应用，但不是完全性的且不意味着对本发明的限制。一个值得注意的应用是将本发明用于清洁或处理使用后的过滤介质。弱离子化气体生成反应器放置在相对于过滤器的上游，从而同时捕捉杀灭生物微粒物质，如孢子和细菌。本系统还适合用于气雾态或气态化学试剂的捕捉和销毁。含有孢子/细菌的空气流滤过可以在其表面捕捉孢子和细菌的过滤器。然后，过滤器通过曝露在辉光后生成的化学活性物种中处理至少一次，优选连续或周期性地处理以销毁孢子。由于孢子在表面上具有相对较长的停留时间，因此无需降低空气流通速率而仍可保证相对高的杀灭率。优选使用HEPA过滤器，因为它对低至约0.3微米颗粒的效率约为99.97％。炭疽孢子，例如，直径约为3微米。武器化的炭疽颗粒数量级在1-3微米。因此，基本上所有这样的颗粒均可捕集在过滤器的外表面上，在那里所希望的有机基试剂和弱离子化气体产生的化学活性物种的化学反应具有充分的效果。

所有引用的，公开，未决和授权的专利均全文在此引入作为参考。本申请还将下列专利引入作为参考：2000年12月15日提交的，序列号为09/738,923的美国专利申请；1999年12月15日提交的，美国临时申请60/171,198；1999年12月21日提交的，美国临时申请60/171,324；2002年11月2日提交的，序列号为10/287,772的美国专利申请；2001年11月2日提交的，美国临时申请60/336,866；2003年2月19日提交的，序列号为10/371,243的美国专利申请；2002年2月19日提交的，美国临时申请60/358,340；2002年11月4日提交的，序列号为10/287,771的美国专利申请；2001年11月2日提交的，美国临时申请60/336,868。

因此，由于其优选实施方案中已经示出了，描述了并指出了本发明基本的新颖特点，可以理解本领域技术人员可以对所示装置的形式和细节，以及其操作进行各种省略，替代和改变，而不背离本发明的实质和范围。例如，明确地希望所有元件和/或步骤的组合，只要其完成基本相同的功能，以基本相同的方式，达到相同的结果，就在本发明范围之内。将一个所述实施方案中的元件用另一个中的替代也是完全希望且在预期之中的。还可理解附图不需要按照刻度绘制，而仅仅是概念性的。因此其目的仅受到所附权利要求所指明范围的限制。

Claims (24)

1.提高用于处理物品的弱离子化气体产生的化学活性物种浓度的方法，所述方法包括以下步骤：

用反应器产生弱离子化气体；和

在弱离子化气体存在下引入有机基试剂以提高化学活性物种的产生，

其中有机基试剂包括有机添加剂和氧化剂。

2.权利要求1的方法，其中有机添加剂和氧化剂混合在一起形成有机基试剂。

3.权利要求2的方法，其中有机添加剂是乙醇或乙烯之一，而氧化剂是氧或空气之一。

4.权利要求1的方法，其中引入步骤包括将有机添加剂在用作氧化剂的空气存在下注入弱离子化气体中。

5.权利要求1的方法，其中有机基试剂是含有用作氧化剂的氧组份的有机添加剂。

6.权利要求5的方法，其中引入步骤进一步包括将补充的氧化剂注入弱离子化气体中。

7.权利要求1的方法，其中化学活性物种包括过氧基(RO₂)·，烷氧基(RO)·，酰基过氧化酰基(RC(O)OO)·，氢过氧化物(ROOH)，过硝酸酯(RO₂NO₂)，有机硝酸酯(RONO₂)，过氧酸(RC(O)OOH)，羧酸(RC(O)OH)，过氧酰基硝酸酯(RC(O)O₂NO₂)。

8.权利要求1的方法，其中反应器包括：在其中定位有孔的电介体和放置为与孔有流体联接的电极，有机基试剂通过孔和电极引入，从而在孔中与弱离子化气体发生相互作用而生成化学活性物种。

9.权利要求8的方法，其中曝露步骤包括使待处理物品通过孔和电极以遇到在那里产生的化学活性物种。

10.权利要求1的方法，其中待处理物品为固体，液体，气体中的一种。

11.权利要求1的方法，其中所述方法用于待处理物品的杀菌以杀灭至少一种化学或生物污染物。

12.权利要求1的方法，进一步包括将待处理物品曝露在产生的化学活性物种之中。

13.提高用于处理物品的弱离子化气体产生的化学活性物种浓度的系统，该系统包括：

用于产生弱离子化气体的反应器，该反应器接收有机基试剂；和

有机基试剂源，该反应器适于在弱离子化气体存在下接收有机基试剂以提高化学活性物种的产生；

其中有机基试剂包括有机添加剂和氧化剂。

14.权利要求13的系统，其中有机基试剂是有机添加剂和氧化剂的混合物。

15.权利要求14的系统，其中有机添加剂是乙醇或乙烯之一，而氧化剂是氧或空气之一。

16.权利要求13的系统，其中有机添加剂在用作氧化剂的空气存在下被弱离子化气体接收。

17.权利要求13的系统，其中有机基试剂是含有用作氧化剂的氧组份的有机添加剂。

18.权利要求17的系统，其中有机基试剂进一步含有补充的氧化剂，并安排使之可以被弱离子化气体接收。

19.权利要求13的系统，其中化学活性物种包括过氧基(RO₂)·，烷氧基(RO)·，酰基过氧化酰基(RC(O)OO)·，氢过氧化物(ROOH)，过硝酸酯(RO₂NO₂)，有机硝酸酯(RONO₂)，过氧酸(RC(O)OOH)，羧酸(RC(O)OH)，过氧酰基硝酸酯(RC(O)O₂NO₂)。

20.权利要求13的系统，其中反应器包括：在其中定位有孔的电介体和放置为与孔有流体联接的电极，有机基试剂通过孔和电极引入，从而在孔中与弱离子化气体发生相互作用而生成化学活性物种。

21.权利要求20的系统，其中孔和电极适于在其中接收待处理物品，从而使之与在其中产生的化学活性物种相遇。

22.权利要求13的系统，其中待处理物品为固体，液体，气体中的一种。

23.权利要求13的系统，其中所述系统用于待处理物品的杀菌以杀灭至少一种化学或生物污染物。

24.权利要求13的系统，其中反应器相对于待处理物品的安置应使所产生化学活性物种能够与待处理物品发生相互作用。

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