為什么說次氯酸（HClO）的殺菌能力是次氯酸根（ClO-）的80-100倍？
發(fā)布時間：2020/7/9 15:47:18
想必行業(yè)內(nèi)的人都聽過次氯酸殺菌效果的介紹：“次氯酸分子（HClO）的殺菌能力是次氯酸根離子（ClO-）的80-100倍”，那么這個論斷是依據(jù)是什么？出自哪里呢？
既然我們一直講：同等有效氯濃度條件下，次氯酸水的殺菌效果是遠好于次氯酸鈉的，到底好在哪里？且聽如下分解：
一
在本文之前有幾個專業(yè)概念，介紹如下：
CT值 concentration-time value; CT
消毒劑的濃度和作用時間的乘積，用于比較消毒劑殺菌作用的指標(biāo)。這個概念很重要，是我們得出最終結(jié)論的重要依據(jù)之一。
奇克定律 Chick’s law
奇克最早闡述了消毒過程中的規(guī)律，認(rèn)為消毒過程類似于雙分子化學(xué)反應(yīng)，只不過反應(yīng)物分別是消毒劑與微生物，可以用化學(xué)反應(yīng)速率描述。
自由性氯 Free chlorine
自由氯是Cl2、HOCl 與OCl-的統(tǒng)稱。
在中性條件下，氯氣溶于水產(chǎn)生次氯酸（HClO），溶液顯示酸性；在堿性條件下，氯氣溶于水產(chǎn)生次氯酸根離子（ClO-）。
Fig 1 不同pH值條件下含活性氯水溶液中Cl2、HOCl 與OCl-的存在比例
化合性氯 Combined chlorine
與自由性氯相對的是化合性氯，化合性氯是指所含的氯以氯胺形式存在，當(dāng)水中有氨存在時，氯加入含有氨氮的水中后會發(fā)生可逆反應(yīng)，并生成一氯胺（NH3Cl）、二氯胺、三氯胺。氯胺的消毒也是依靠次氯酸（HOCl ），即氯胺的消毒作用來自于上述可逆反應(yīng)中維持平衡所不斷釋放出來的次氯酸。因此，氯胺的消毒效果慢而持續(xù)。
二
次氯酸分子（HClO）與次氯酸根離子（ClO-）在殺菌原理上存在差異，我們采用日本科學(xué)家Fukuzaki教授2006年發(fā)表在《Biocontrol Science》上的論文來解釋其殺菌原理：
Fig 2 次氯酸分子（HClO）與次氯酸根離子（ClO-）的殺菌原理差異
如上圖所示，細胞膜表面是帶有負電荷的，因此次氯酸根（ClO-，也是帶負電荷）不能輕易進入細胞內(nèi)部，而次氯酸（HClO）是中性小分子，可以穿透細胞膜，進入細胞內(nèi)部，并與其內(nèi)部的DNA和線粒體發(fā)生反應(yīng)，使其死亡。這也就在一定程度上解釋了同等有效氯的情況下，為什么次氯酸（HClO）的殺菌能力比次氯酸鈉（NaClO）的原因。
三
1948年，英國劍橋大學(xué)的Gordon M. F等在亞特蘭大的一次學(xué)術(shù)會議上，發(fā)表了題為“Fair G M , Morris J C , Chang S L , et al. The Behavior of Chlorine as a Water Disinfectant[J]. Journal, 1948, 40(10):1051-1061.”的文章，其中明確指出次氯酸根離子（ClO-）的殺菌能力只有次氯酸分子（HClO）的1/80，詳情如下：
進一步，我們再來來解釋該結(jié)論是如何得出的……
通常情況下，消毒劑的消毒速度可以用Chick定律（1908年）來表示，即：
-dN/dt=kN
N：t 時刻活的微生物數(shù)量；k為反應(yīng)速率常數(shù)；t為反應(yīng)時間。
反應(yīng)速率常數(shù)k取決于微生物的種類、消毒劑的類型及其性質(zhì)、消毒劑的濃度以及環(huán)境因素，如pH值和溫度。
Chick定律在應(yīng)用上有些許局限，因此，Butterfield等在此基礎(chǔ)上修正得出了以下經(jīng)驗公式：
其中，C為在時間t=0時消毒劑的濃度
tc為對某種微生物達到指定殺滅率所需要的時間
K,n為試驗常數(shù)
隨后，Butterfield等研究了在溫度為2℃-6℃條件下，次氯酸分子（HClO）和次氯酸根離子（ClO-）對大腸桿菌殺滅率達99%時的消毒劑濃度和消毒時間，其結(jié)果如下：
Fig 3 不同形式的氯化物對大腸桿菌殺滅率達到99%對應(yīng)的時間和濃度（溫度2℃-6℃）
次氯酸分子（HClO）與次氯酸根離子（ClO-）的殺菌能力差異倍數(shù)：
a=（C×T）ClO- /（C×T）HClO
當(dāng)C=0.10mg/L時，次氯酸分子（HClO）與次氯酸根離子（ClO-）對應(yīng)的橫坐標(biāo)倍數(shù)的差異即為兩者的殺菌能力差異，即80倍左右（由于原文出處年代久遠，已有70余年時間，有缺失）。
四
但是在實際使用過程，因為酸性電解水/次氯酸水的使用濃度比較低，且次氯酸的消毒效果容易受到有機物的干擾，以及其他試驗條件的影響（如溫度、pH值、微生物類型等），因此兩者的消毒效果差異并不能達到80-100倍的理想值。
但是，這并不影響酸性電解水/次氯酸水在使用安全性、環(huán)保性上具有的巨大優(yōu)勢，毫不夸張的說：酸性電解水/次氯酸水是當(dāng)前最優(yōu)秀的消毒產(chǎn)品之一。
參考文獻：
Butterfield, C. T, Wattie, Elsie. Influence of pH and Temperature on the Survival of Coliforms and Enteric Pathogens When Exposed to Chloramine[J]. Public Health Reports, 61(6):157.
Noyes R. 95/05427 Unit operation in environmental engineering[J]. Fuel & Energy Abstracts, 36(5):377.
Fair G M , Morris J C , Chang S L , et al. The Behavior of Chlorine as a Water Disinfectant[J]. Journal, 1948, 40(10):1051-1061.
原文地址：https://www.21ewater.com/front/jslt/detail?id=444841578922643456