臭氧的發現及科研
1840年荷蘭舒貝因，發現臭氧OZONE，取自希臘子Ozein一詞意為“難聞”， 將此異味確定為O3，而命名為OZONE臭氧。自此以后，歐洲的科學家*開始研究臭氧的特性和功用，發現廣譜的滅菌效果后，開始工業生產應用，其中一家瑞典牛肉公司用于臭氧對牛肉存儲的保鮮，自1870年開始，現已發展空間消毒，食品加工、水處理、化工等各種領域。
一、 自界中的臭氧
現在人們普遍了解的大氣臭氧層，是阻擋太陽紫外線的天然屏障，它是由太陽光的一種特定波長光譜的光照射后產生的，雷雨過后人們會呼吸到一種特殊的清新味道，實際就是空氣中臭氧濃度提高（一般在0.04PPM左右）容易被人們察覺，臭氧濃度之所以提高，是因為閃電（高壓發電）電離空氣中的氧氣形成臭氧，森林中、旅游地帶空氣格外清新，是因為植物在吸收CO2過程中制造了[O]，氧原子在形成過程中，部分形成O2（我們呼吸的氧氣）一部分O3（臭氧）正是自然界中無處不在的臭氧和太陽光中的紫外線在控制著細菌的生存平衡，保護著人類健康。
二、 氧的基本性質
人類通過對臭氧的研究發現，臭氧具有不穩定特性和很強的氧化能力。臭氧是由一個氧分子（O2）攜帶一個氧原子（O）組成，所以他是氧氣的同素異形體。臭氧和氧氣的不同之處見下表：
表一 氧氣和臭氧的主要性質
| 分子式 | O2 | O3 |
| 分子量 | 32 | 48 |
| 氣味 | 無 | 魚腥味 |
| 顏色 | 無 | 淡藍色 |
| 1大氣壓，0℃時溶解度（ml/L水） | 49.1 | 640 |
| 穩定性 | 穩定 | 易分解 |
| 1大氣壓，0℃時溶解度（g/L） | 1.429 | 2.144 |
表一，可看出，與氧氣相比，臭氧比重大、有味、有色、易溶于水、易分解。由于臭氧（O3）是由氧分子攜帶一個氧原子組成，決定了它只是一種暫存形態，攜帶的氧原子除氧化用掉外，剩余的有組合為氧氣（O2）進入穩定狀態。臭氧是一種氧化性非常強的物質，其氧化還原電位僅次于F2 。利用它的氧化性，可以在較短時間內破壞細菌、病毒和其他微生物的生物結構，使之失去生存能力。所以臭氧工作中沒有二次污染產生，給人類的環保需求，這是臭氧技術應用的zui大*性。 臭氧的應用主要在人為的滅菌消毒。這主要是臭氧有很強的氧化能力，氧原子可以氧化細菌的細胞壁，直至穿透細胞壁與其體內的不飽和鍵化合而奪取細菌生命，它的作用是即刻完成的，臭氧的迅速滅菌效果決定于它的高還原電位，表二、列出了消毒物質還原電位與臭氧的比較。
表二 氧化還原電位比較
| 名稱 | 分子式 | 標準電極電位（伏） |
| 臭氧 | O3 | 2.07 |
| 過氧化氫（雙氧水） | H2 O2 | 1.78 |
| 高錳酸離子 | MnO4 | 1.67 |
| 氯 | CL2 | 1.36 |
| 二氧化氯 | CL O2 | 1.50 |
三、 臭氧的發生原理
1、紫外線法
人工生產臭氧即采用光電法，產生出波長λ=185nm（10-9m）的紫外光譜，這種光zui容易被O2吸收而達到產生臭氧的效果，在美國稱之為臭氧燈。
光化學法產生臭氧的優點是純度高，對濕度溫度不敏感，具有很好的重復性，這些特點對于臭氧用于人體治療及作為儀器的臭氧標準源是非常合適的，缺點是能耗較高。
2、電化學法
利用直流電源電解含氧電解質產生臭氧氣體的方法。電解法產生臭氧具有濃度高，成份純凈、水中溶解度高的優勢，將會有較好的應用前景。
3、電暈放電法
電暈放電法是模仿自然界雷電產生臭氧的方法，通過人為的交變高壓電場在氣體中產生電暈，電暈中的自由高能離子離解O2分子，經碰撞聚合為O3分子。
電暈放電型臭氧發生器是目前應用zui廣泛、相對能耗較低、單機臭氧產量zui大、*zui高的臭氧發生裝置。世界上現在單機產量zui高的達300Kg/h，就是使用電暈放電原理。
臭氧在空間殺菌消毒應用
一、 功能特點：
1、 消毒殺菌
臭氧對細菌、霉菌、病菌等微生物具有*的殺滅力，它殺滅病毒是通地直接破壞其RNA和NDA物質業完成的，而殺細菌，病毒類微生物的過程則是臭氧先作用細胞膜，繼而破壞膜內組織直至溶解死亡。
2、 除異臭味
臭氧去除霉，腥、臭等異味效果*，它可以快速氧化分解異味的化學物質。
3、 防霉保鮮
臭氧為彌漫性氣體，消毒*，可實現機器自行運行而殺菌防霉。對水果菜類不但能殺菌防霉、延長保鮮期，而且可快速分解果菜呼吸排除的領其快速成熟和乙烯氣體。
4、 驅害防蟲
經鑒定和使用本品對老鼠有驅逐作用，對存放衣物的箱柜進行消毒，可防治蟲蛀。
二，物體表面消毒殺菌
在藥品生產過程中常常要對原材料，工具，包裝物等進行表面消毒，常常使用消毒柜，傳遞窗等，傳統的方法是用紫外線消毒，問題主要是在消毒不*，所以若使用在諸如傳遞窗等要求不高的場合是可以的，到遠不如臭氧的效果好。《消毒技術規范》中介紹，對于浸沒在臭氧氣體中的物體表面，接觸一段時間，可將表面細菌殺死。
三、臭氧技術指標
1、 臭氧發生器的主要技術指標為臭氧濃度（mg/L或g/m3），臭氧產量（g/h或kg/h）和電耗（kw·h/kgo3）。
2、 采用標準型的臭氧發生器，應具有10mg/L量級的濃度水平，應用臭氧于空氣殺菌凈化處理時的濃度為ppm（百萬分之一）濃度，作為空氣除味與殺菌，要求臭氧濃度較低，如0.5ppm（1ppm≈2mg/m3）
3、 同一發生器的臭氧濃度與產量，隨著供氣量而變化的，一般規律是氣量大的則濃度低，產量高。污染程度決定臭氧發生器裝置的濃度和產量規格的基礎。
4、用于空氣凈化時有條件將主機懸掛于距地面2.0米高處，因為O3氣體的比重高于空氣，具有自然沉降特性，也可將主機直接放于較高處使用。
四、臭氧應用的深度標準計算方法
1、利用*空調凈化（HVAC）對潔凈區進行消毒。
在制藥廠，一般說，潔凈面積較大，多用*空調凈化系統完成對各潔凈區的凈化消毒。其方法是將臭氧發生器直接安裝在*空調凈化系統的送、回風主管道中或凈化空調箱內中效過濾器后端，電源控制箱置于機房內。消毒時關閉約90%的新風進口閥門和對外排放閥門，使HAVC系統與潔凈區形成內循環狀態。每日做空氣滅菌只需開機1～1.5小時左右，代替化學試劑熏蒸大消毒也只需求2～2.5小時。用該方案滅菌的優點是：利用凈化風作為臭氧的載體（每分鐘約60m3的風量通過臭氧發生器即可），可以使臭氧迅速擴散到HAVC系統所控制的潔凈室內，而且臭氧濃度分布均勻，在潔凈區域內不增加任何消毒設備，即可達到灶凈室的滅菌目的；同時對HAVC系統起到殺滅雜菌和霉菌的效果。實踐中發展，臭氧還能對高效過濾器起到溶菌疏導的作用，延長其使用壽命。
臭氧對空氣中的微生物的滅活濃度和物體表面沉降的微生物的滅活濃度，根據衛生部1991年12月頒布的《消毒技術規范》第4.12臭氧應用章節中第8.2款消毒空氣中規定“對密閉的空氣用5~10mg/m3濃度（相當于2.5~5ppm）的臭氧作用30分鐘；對物體表面的沉降菌落需要20~30mg/m3（相當于10~15ppm）”。制藥行業應用臭氧的目的是用來代替紫外線和化學熏蒸，對整個潔凈區空氣及機械設備，介質材料表面的沉降菌落進行大消毒。需要的臭氧濃度為10~15ppm,相當于每立方空氣中臭氧含量20~30mg。
設；VI為潔凈去空間體積，V2為HVAC系統空間體積，V3為保持潔凈區正壓所補充的新風對臭氧造成的損失
則滅菌空間的體積（V）計算為：V=V1＋V2＋V3
V3的確定：根據若干使用臭氧發生器消毒滅菌的廠家實踐，歸納出較為可靠的經驗公式如下：V3≈HVAC系統循環總風量m3/h×25%（常規新風更換率）×10—20%（保持潔凈區正補充的新風量）×39%（計算應用臭氧半衰期的預算值），即V3=HVAC系統循環總風量×1~2%。
臭氧發生器的選擇：先按臭氧滅菌的效率，即參照《消毒技術規范》的標準確定臭氧滅菌的濃度（C）：對空氣中浮游菌，臭氧滅菌濃度為2~4ppm；對物體表面的沉降菌落，濃度為10~15ppm（臭氧滅菌濃度參考衛生部1991年12月《消毒技術規范》）。臭氧的自然半衰期（S），參比狀態下為23min左右，一個小時的衰退率為61%。設計：應用臭氧滅菌60min時達到要求濃度后，繼續保持異端時間（1~1.5小時），即可得到機械設備和建筑物體表面沉降菌路*殺滅的作用，達到化學熏蒸的消毒的效果。
例：滅菌空間總體積（V）為1000m3,滅菌要求為替代化學熏蒸的消毒，對設備和建筑物體表面沉降菌路進行滅菌。按照上述要求空氣中臭氧濃度（C）應達到10ppm以上（在工作狀態下，折算為19.63mg/m3），臭氧發生器工作一小時后臭氧自然衰退率（S）為61%，需選擇機器的臭氧發生量g/h（W）：
W=CV/（1－S）=19.63×1000/（1－61%）≈50.33（g/h）
可選擇每小時產量為50g的發生器。
2、臭氧在醫藥工業中應用
醫藥工業潔凈室與其他工業潔凈室有所不同，特別是無菌生產制劑及原料藥品生產，不僅要控制空氣中一般懸浮狀態的氣溶膠粒子，還要控制或微生物數，既提供“無菌藥品”生產所必須的相應空氣潔凈度環境（無菌室）。當然“無菌”是相對的，是一個或然率的概念。
高效*：工作時產生一定量的臭氧，在相對密閉的環境下，擴散均勻，包容性好，克服了紫外線殺菌存在諸多死角的固有缺點，可達到*、快速、高效的消毒滅菌目的。
操作方便：根據消毒滅菌的要求和空間體積，確定臭氧發生器的型號和臭氧發生量，并通過驗證檢查細菌數來確定滅菌時間。滅菌時，直接將臭氧輸出口置于無菌室內或HVAC系統中，可選用24小時時間控制器設置開機關機時間即可。
高潔凈性：應用臭氧作消毒滅菌劑，停機30分鐘后，剩余臭氧即可漸漸自行分解還原為氧，同時還可以改善空氣的質量，優化工作環境。所以臭氧被贊譽為“綠色消毒劑”
對機器設備無不良影響：臭氧對空所中的浮游菌滅活所需臭氧的濃度很低，一般只需要2~4PPM，對物體表面沉降菌落（代替傳統的化學熏蒸大消毒）只需要10~15PPM左右。空氣中臭氧濃度只有10-15百萬分之一，是化學熏蒸濃度的500分之一。由于滅菌過程時間短，正確使用不足以構成物體腐蝕的條件，這也是大家特別關心的。
使用經濟：以空氣為原料，工作能耗低，運行費用低，經濟效益好。
臭氧在藥廠的應用場合：
臭氧在醫藥行業的應用主要有幾個方面：一是GMP車間及設備、器具表面的殺菌消毒；二是*空調系統殺菌消毒；三是更衣室和工作服殺菌消毒；四是生產加工用水的殺菌凈化；五是制備高濃度的臭氧消毒液。
（一）、生產GMP車間的空氣殺菌消毒 ：
| 根據GMP車間級別不同，對應選擇合適的機型 | ||
| 車間潔凈度級別 | 微生物zui大允許數浮菌/立方米 | 適用場合 |
| 30萬級 | 1000 | 丸劑、顆粒包裝車間 |
| 10萬級 | 500 | 注射劑濃配車間 |
| 1萬級 | 100 | 小容量注射劑灌裝車間，直接接觸藥品的包裝材料zui終處理車間 |
| 100級 | 5 | 大容量注射劑的灌裝車間 |
（二）、GMP車間或食品凈化級別選擇：
| 種類 | 濃度ppm | 每m3每小時臭氧量mg/h |
| 家庭辦公室 | 1-2 | 2.5-5 |
| 賓館房間 | 2-4 | 5-8 |
| 冷庫 （30萬級） | 2.5-5 | 5-10 |
| 食品醫藥車間（十萬級） | 5-10 | 10-20 |
| 醫院無菌病房 | 15-25 | 30-50 |
| 食品醫藥實驗室（100級） | 20-30 | 40-60 |
（三）、富康隆臭氧機型選擇建議：
FZ—G型臭氧機：
| 型 號 級 別 | FZ—3G | FZ—5G | FZ—7G | FZ—10G | FZ—15G | ||||
| 30萬級 | 80-120m3 | 120-250 m3 | 180-350 m3 | 300-500 m3 | 400-750 m3 | ||||
| 10萬級 | 50-70 m3 | 80-120 m3 | 100-175 m3 | 130-250 m3 | 200-370 m3 | ||||
| 1萬級 | 20-35 m3 | 40-60 m3 | 40-90 m3 | 70-125 m3 | 80-190 m3 | ||||
| 100級 | 6-12 m3 | 15-30 m3 | 18-45 m3 | 40-60 m3 | 60-100 m3 |
型 號 級 別
（四）、強效臭氧發生器FKL--G系列采用*的高耐溫石英玻璃放電單元，下表：
| 級 別 型 號 | 30萬級 | 10萬級 | 1萬級 | 100級車間 | ||||
| FKL—20G | 600-1000 m3 | 300-500 m3 | 130-250m3 | 80-125m3 | ||||
| FKL—25G | 700-1250 m3 | 400-625 m3 | 160-310m3 | 100-155m3 | ||||
| FKL—32G | 900-1600 m3 | 500-800 m3 | 250-400m3 | 150-200m3 | ||||
| FKL—50G | 1500-2500 m3 | 800-1250 m3 | 300-625m3 | 200-310m3 | ||||
| FKL—80G | 2200-4000 m3 | 1200-2000 m3 | 600-1000m3 | 300-500m3 | ||||
| FKL—100G | 2800-5000 m3 | 1600-2500 m3 | 700-1250m3 | 400-625m3 | ||||
| FKL—150 | 5000-7500 m3 | 2500-3750 m3 | 1200-1880m3 | 600-940m3 | ||||
| FKL—500G | 16000-25000 m3 | 8000-12500 m3 | 4000-6250m3 | 1600-3130m3 |
臭氧空氣消毒、表面消毒實驗
一、器材
1. 富康隆牌（FKL）臭氧發生器，生產日期或批號：2003.10.9
2. 氣霧室體積為16m3。
3. FA-1型空氣微生物采樣器
4. 白色葡萄球菌（8032），9`11代，本單位保存
二、方法
檢驗依據，衛生部《消毒技術規范》2002.11，第2.1.3.4條
1、菌懸液制備：將培養18-24h的白色葡萄球菌（8032）斜面按常規洗下菌苔，再用營養肉湯培養基稀釋后備用。
2、染菌：先把兩個16m3氣霧室內的溫度和相對濕度調好，把（FKL）臭氧發生器放于氣霧室側壁處，關閉氣霧室門，啟動噴菌電源開關，噴霧壓力0.03—0.04Mpa，流量0.8m3/h，用氣溶膠發生器同時向兩個氣霧室噴霧染菌5min。
3 采樣、消毒：染菌結束后，靜置5min，把采送器送至氣霧室中心1m高處，分別對兩個氣霧室進行消毒采樣（采樣流量1.7 m3/h）。開啟（FKL）臭氧發生器，打開泵開關，計時。消毒預定時間后，按前法進行消毒后采樣記錄溫濕度。
4.培養、計數：取下來采樣器中平板，放37℃培養48h后數菌，計算不同條件下空氣中存活菌數、自然衰亡率和殺滅率。
三、結果
試驗溫度23℃～25℃，相對濕度52%～57%時，（FKL）臭氧發生器消毒30 min，對空氣中白色葡萄球菌各次的殺滅率達99.99%以上，此時，對照組空氣中白色葡萄球的自然衰亡率在31.62%以下（附表）。
續
| 附表 空氣現場消毒實驗結果 |
| 序號 消毒前對照菌落數 消毒后殘留菌落數 消亡率（cfu/m3） （cfu/m3） （%） |
| 1 3640 79 97.83 2 820 15 98.17 3 551 9 98.36 |
四、結論
試驗溫度為16℃～20℃，相對濕度30%～46%條件下，（FKL）臭氧發生器消毒60min，對28m3室內空氣中的自然菌各次消亡率均達90.00%以上。
臭氧的安全使用
1、臭氧是無毒安全氣體。臭氧深度中0.15ppm時為嗅覺臨界值，一般人都能嗅出。中國衛生標準是：0.15ppm，接觸8小時以內符合衛士標準。深度高時，臭氧會對人體呼吸有害。人員在明顯感受到臭氧的刺激作用后應回避。少量呼吸有益。在呼吸0.1ppm以下濃度臭氧時，對人體會有保健作用，有人把臭氧比作美酒。
