近年來(lái),埃博拉出血熱、中東呼吸綜合征、重癥急性呼吸綜合征等烈性傳染病的流行受到了全世界的高度關(guān)注。這些烈性傳染病的爆發(fā)和傳播嚴(yán)重威脅人類生命安全,引發(fā)公共衛(wèi)生安全風(fēng)險(xiǎn)。空間消毒是切斷傳染病傳播途徑,防止交叉感染,保證人員安全的重要措施。因此,發(fā)展可實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)空氣和物體表面徹底消毒的高效消毒技術(shù)是十分必要的。與液體消毒劑相比,氣體消毒劑具有處理面積大、穿透能力強(qiáng)、操作方便等優(yōu)勢(shì),更適用于空間消毒。其中,氣體二氧化氯具有強(qiáng)氧化性,無(wú)致癌、致畸性,具有快速、高效、安全、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是一種具有寬廣前景的新型消毒氣體。但目前國(guó)內(nèi)外氣體二氧化氯消毒技術(shù)的研究主要在于對(duì)應(yīng)用效果的評(píng)價(jià),而對(duì)消毒歷程、消毒動(dòng)力學(xué)行為和消毒機(jī)理的研究較少,關(guān)鍵因素對(duì)氣體二氧化氯消毒效果的影響規(guī)律還不明晰,使得該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中缺少預(yù)測(cè)消毒效果、設(shè)計(jì)有效消毒條件的理論依據(jù)。因此,有必要建立氣體二氧化氯空間消毒動(dòng)力學(xué)模型,并基于此深入研究氣體二氧化氯的消毒歷程以及關(guān)鍵因素對(duì)消毒效果的影響規(guī)律和作用機(jī)理。此外,由于環(huán)境濕度等關(guān)鍵因素對(duì)消毒效率具有顯著影響,消毒條件監(jiān)測(cè)也是氣體二氧化氯消毒的關(guān)鍵技術(shù),解決氣體二氧化氯消毒環(huán)境中消毒條件監(jiān)測(cè)的難題具有十分重要的意義。本研究基于氣體二氧化氯空間消毒實(shí)驗(yàn)平臺(tái),建立了氣體二氧化氯空間消毒動(dòng)力學(xué)模型和基于響應(yīng)面法的氣體二氧化氯空間消毒多因素預(yù)測(cè)模型,并探究了氣體濃度、環(huán)境濕度、消毒時(shí)間等關(guān)鍵因素對(duì)消毒歷程的影響規(guī)律和作用機(jī)理,為評(píng)價(jià)消毒效果、指導(dǎo)消毒實(shí)踐提供了理論依據(jù)。另外,基于可調(diào)諧二極管激光吸收光譜(TDLAS)技術(shù),開(kāi)展了氣體二氧化氯消毒條件監(jiān)測(cè)技術(shù)研究,建立了基于TDLAS技術(shù)的消毒環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)對(duì)消毒環(huán)境溫濕度的在線、準(zhǔn)確、可靠監(jiān)測(cè),為氣體二氧化氯空間消毒技術(shù)與裝備的應(yīng)用推廣提供了技術(shù)保障。開(kāi)展了氣體二氧化氯空間消毒實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與方法研究。依據(jù)開(kāi)展氣體二氧化氯空間消毒實(shí)驗(yàn)研究的需求,建立了氣體二氧化氯空間消毒實(shí)驗(yàn)平臺(tái),平臺(tái)具有很好的氣密性,能夠?qū)崿F(xiàn)空間環(huán)境的實(shí)際模擬、消毒條件的在線監(jiān)測(cè)和消毒氣體的持續(xù)發(fā)生。建立了氣體二氧化氯空間消毒實(shí)驗(yàn)方法,確定了具有代表性的指示微生物,明確了生物指示劑制備方法、空間消毒實(shí)驗(yàn)流程以及細(xì)菌洗脫計(jì)數(shù)方法。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與方法的研究為氣體二氧化氯空間消毒實(shí)驗(yàn)提供了標(biāo)準(zhǔn)的空間環(huán)境、理想的消毒條件、安全的操作方式和規(guī)范的實(shí)驗(yàn)方法,是本研究重要的硬件基礎(chǔ)與技術(shù)保障。基于氣體二氧化氯空間消毒實(shí)驗(yàn)平臺(tái),開(kāi)展了氣體二氧化氯空間消毒動(dòng)力學(xué)模型研究。首先,在不同氣體濃度下進(jìn)行了氣體二氧化氯對(duì)枯草桿菌黑色變種芽孢(以下簡(jiǎn)稱為枯黑芽孢)和白色葡萄球菌的消毒實(shí)驗(yàn)研究,并基于一階線性模型和hom、weibull、i-q等五種非線性模型分別建立了不同氣體濃度下的消毒動(dòng)力學(xué)模型。結(jié)果表明,weibull模型與其他模型相比具有公式簡(jiǎn)潔、參數(shù)意義明確、擬合度高等優(yōu)點(diǎn);氣體二氧化氯對(duì)微生物的滅活速率隨著氣體濃度的增加而增加;氣體二氧化氯對(duì)芽孢和細(xì)菌繁殖體的滅活均是非線性的過(guò)程,芽孢的存活曲線為肩峰形狀,滅活速率先慢后快,而細(xì)菌繁殖體則為拖尾形狀,滅活速率先快后慢;與細(xì)菌繁殖體相比,芽孢對(duì)氣體二氧化氯具有更強(qiáng)的抵抗力,達(dá)到滅菌保證水平的預(yù)測(cè)消毒時(shí)間更長(zhǎng)。然后,在不同相對(duì)濕度下進(jìn)行了氣體二氧化氯對(duì)枯黑芽孢和白色葡萄球菌的消毒實(shí)驗(yàn)研究。以weibull模型為基準(zhǔn)模型,提出了含濕度系數(shù)的weibull-h模型,并分別利用該模型和一階線性模型對(duì)消毒實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了擬合。結(jié)果表明,weibull-h模型與一階線性模型相比對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有更高的擬合度;氣體二氧化氯對(duì)微生物的消毒效率同樣隨相對(duì)濕度的增加而增加;相對(duì)濕度對(duì)微生物滅活速率的影響是非線性的,在70%-90%的高濕環(huán)境下氣體二氧化氯的消毒效率具有顯著提升;與細(xì)菌繁殖體相比,高濕環(huán)境對(duì)芽孢滅活的促進(jìn)作用更為明顯。在單因素實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,為研究多因素之間的交互作用,并預(yù)測(cè)多因素共同作用下氣體二氧化氯的消毒效果,開(kāi)展了基于響應(yīng)面法的氣體二氧化氯空間消毒多因素預(yù)測(cè)模型研究。基于box-behnken中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),建立了以氣體濃度、相對(duì)濕度和消毒時(shí)間為實(shí)驗(yàn)因素的多元二次回歸預(yù)測(cè)模型。結(jié)果表明,預(yù)測(cè)模型具有較高的擬合度和預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度,決定系數(shù)r2為0.99;增加氣體濃度、環(huán)境濕度和消毒時(shí)間均能有效提高微生物的滅活速率,氣體濃度與環(huán)境濕度、環(huán)境濕度與消毒時(shí)間之間的交互作用分別存在協(xié)同效應(yīng)。預(yù)測(cè)模型提供了不同消毒條件下的響應(yīng)面和相應(yīng)的等高線,能夠有效預(yù)測(cè)多因素共同作用下達(dá)到滅菌保證水平的消毒條件,為氣體二氧化氯消毒的實(shí)際應(yīng)用提供了指導(dǎo)和參考。為評(píng)價(jià)氣體二氧化氯對(duì)典型生物安全設(shè)備的消毒效果和對(duì)hepa過(guò)濾器的穿透能力,同時(shí)進(jìn)一步驗(yàn)證消毒動(dòng)力學(xué)模型和多因素預(yù)測(cè)模型的實(shí)際應(yīng)用效果,開(kāi)展了氣體二氧化氯空間消毒應(yīng)用研究與模型驗(yàn)證。使用基于二元固體制劑的氣體二氧化氯發(fā)生技術(shù)與便攜式消毒裝置,分別對(duì)生物安全柜和高效空氣過(guò)濾單元開(kāi)展了消毒評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,氣體二氧化氯能夠?qū)崿F(xiàn)生物安全柜和高效空氣過(guò)濾單元的徹底消毒,采用壓力擴(kuò)散或主動(dòng)循環(huán)的方式均能使氣體二氧化氯有效地穿透hepa過(guò)濾器并完成過(guò)濾器下游區(qū)域的徹底消毒,而且主動(dòng)循環(huán)與壓力擴(kuò)散相比具有更快的穿透速度和更高的消毒效率。兩類模型的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際消毒結(jié)果一致,多因素預(yù)測(cè)模型與消毒動(dòng)力學(xué)模型相比具有更高的準(zhǔn)確性和更廣的適用范圍。開(kāi)展了基于TDLAS技術(shù)的氣體二氧化氯消毒條件監(jiān)測(cè)技術(shù)研究。建立了消毒環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng),該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用中心波長(zhǎng)位于1370 nm的可調(diào)諧激光器作為光源,開(kāi)發(fā)在線監(jiān)測(cè)式氣室作為氣體吸收池,使用光電探測(cè)器采集含有水氣含量信息的光信號(hào)并將光信號(hào)傳入接收與處理系統(tǒng)進(jìn)行后處理,基于水氣吸收譜線的一次諧波信號(hào)進(jìn)行消毒環(huán)境相對(duì)濕度的反演計(jì)算,并基于氣室側(cè)壁的數(shù)字溫度傳感器監(jiān)測(cè)消毒環(huán)境溫度。對(duì)該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了標(biāo)定和性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,基于TDLAS技術(shù)的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有良好的精度,能適用于不同條件下的氣體二氧化氯消毒環(huán)境,與傳統(tǒng)的電子式溫濕度傳感器相比具有更好的穩(wěn)定性和耐腐蝕性,提供了一種在氣體二氧化氯消毒環(huán)境或其它腐蝕環(huán)境下在線、可靠、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)溫濕度的新方法。綜上所述,本研究開(kāi)展了不同條件下的氣體二氧化氯空間消毒實(shí)驗(yàn),基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了多種消毒動(dòng)力學(xué)模型和多因素預(yù)測(cè)模型,完成了氣體二氧化氯對(duì)典型生物安全設(shè)備的消毒評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn),并基于此實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)上述兩類模型進(jìn)行了準(zhǔn)確性和實(shí)用性驗(yàn)證,此外還建立了基于TDLAS技術(shù)的消毒環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)上述研究,揭示了氣體二氧化氯對(duì)芽孢和細(xì)菌繁殖體的非線性消毒歷程以及消毒動(dòng)力學(xué)行為,明確了各個(gè)關(guān)鍵因素及其交互作用對(duì)消毒效果的影響規(guī)律和作用機(jī)理,提供了達(dá)到滅菌保證水平的預(yù)測(cè)消毒條件和在線、可靠、準(zhǔn)確的消毒條件監(jiān)測(cè)技術(shù)。本研究闡明了氣體二氧化氯的空間消毒動(dòng)力學(xué)行為,并為氣體二氧化氯空間消毒技術(shù)的應(yīng)用與推廣提供了理論依據(jù)與技術(shù)支持。