强氧化离子水杀菌机理初探
作者：丘翠环
单位：广东药学院 物理教研室,广东 广州 510224
关键词：氧化还原电位；pH值
中国医学物理学杂志990318
摘要：常用的消毒方法有物理方法和化学方法两大类，强氧化离子水是一种以物理消毒法为主、化学消毒法为辅的一种新型消毒剂。本文通过对强氧化离子水的生成原理和其杀菌、消毒的检测的分析，对强氧化离子水的杀菌机理进行初步的探讨。
中图分类号：R318 文献标识码：A 文章编号：1005-202X(1999)03-0175-03
The preliminary exploration in disinfectant mechanism of strong oxidative ionic water
, 百拇医药
QIU Cui-huan
(Physics Dept of Guangdong College of Pharmacy, Guangzhou 510224, China)
Abstract： Two kinds of disinfection that usually used are physical disinfection and chemical disinfection. Strong oxidative ionic water is a new disinfectant that mainly depends on physical disinfection and chemical disinfection as helping. The paper preliminary explored the disinfectant mechanism of strong oxidative ionic water through to analysis the forming principle of strong oxidative water and the test in sterilization and disinfection.
, 百拇医药
Key words: oxidation-reduction potential; pH value
前言:日常生活中经常接触到各种病源微生物，如细菌、病毒等。因此，为了保障人类的健康，高效、快速、简便及对人体无毒无副作用的灭菌消毒方法是人们不断探讨的课题。常用的消毒方法为物理方法和化学方法两大类。化学消毒法是利用化学药品的化学反应对某些特定病源微生物杀灭，因此化学消毒剂对各种病源微生物的适用范围不广，造成化学消毒剂种类繁多，不同程度地存在残毒和对环境造成污染；物理消毒法是用物理因素杀灭或消除病源微生物，一般对人体无毒、无副作用和对环境的污染较少。如常见的利用紫外线、高温高压进行灭菌消毒，但同样受到适用范围的限制。强氧化离子水，是以物理消毒法为主，化学消毒法为辅的一种新型消毒剂。
1 强氧化离子水的生成原理
在自来水中加入少量的氯化钠，通过特殊的白金钛合金电极，在有特殊的半透隔膜的电解槽中电解。由于水的电解在阴极产生氢，氢氧离子浓度上升，生成高pH值的强碱性水；而在阳极由于水的电解，产生了氧，氢离子浓度上升，同时来自添加的少量食盐产生的氯气，生成含有氯化合物和活性氧、H+浓度(pH)在2.7以下的强酸性水。关于电解的主要反应如表1。
, 百拇医药
表1 电解的主要反应 阳 极
阴 极
2H2O→O2+4H++4e
2H2O+4e→H2+2OH-
2OH-2e→2OH.
2OH.→(O)+H2O
(O)+O2→O3
2Cl-→Cl2+2e
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Na++OH→NaOH
Cl2+H2O→HOCl+HCl
强酸性水具有高氧化还原电位和强氧化能力，所以又叫强氧化离子水。它容易起氧化反应，同时含有的氯化合物， 实际上包括次氯酸离子(OCl-)、次氯酸(HOCl)、气体氯(Cl2)等氯化物，具有高效的快速杀菌力。
强氧化离子水与通常电解食盐水所得出的“漂水”(次氯酸钠)有本质的不同，它们的生成过程及性质有明显差异。
2 强氧化离子水杀菌、消毒效果
我们通过实验检测强氧化离子水能杀灭多种致病菌，具有快速广谱的杀菌能力。表2为强氧化离子水(pH2.6，氧化还原电位1100mV)和次氯酸钠(10PPM)杀灭初生菌2～800万个左右所需的时间比较。
, 百拇医药
表2 强氧化离子水和次氯酸钠杀菌效果比较 试验菌种
强氧化离子水
次氯酸钠
大肠杆菌
30秒以内
30秒以内
沙门氏菌
30秒以内
30秒以内
绿脓杆菌
30秒以内
30秒以内
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蜡样芽孢杆菌
2分
不杀菌
金黄色葡萄球菌
30秒以内
30秒以内
耐青霉素金黄色菌
30秒以内
30秒以内
副溶血弧菌
30秒以内
30秒以内
红色酵母
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30秒以内
2分
白色念珠菌
30秒以内
5分
芽枝菌
30秒以内
5分
毛藓菌
30秒以内
5分
实验检测及临床使用结果表明，强氧化离子水除了对以上细菌有杀灭效果外，还对以下细菌、病毒均有杀灭效果：
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MRSA—1、MRSA—2、MRSA—3、白藓菌、变形菌、肠炎菌、肠炎弧菌、荧光菌、小球菌、碱粪便菌、枯草杆菌、肺炎杆菌、梅毒螺旋体、淋球菌及各种细菌繁殖体、细胞芽孢和乙肝病毒。
3 强氧化离子水杀菌消毒机理
3.1 强氧化离子水特性
(1)强氧化离子水是一种无色、无强烈刺激性气味的水；
(2)pH值在2.7以下；
(3)氧化还原电位(ORP)在+1100mV以上；
(4)次氯酸含量20PPM；
(5)无残留性，对皮肤粘膜无刺激性、无蓄积毒性。
, 百拇医药
它的本质是水，而不是化学药品，对人体无毒性作用，无刺激性、无副作用、无蓄积毒性。随着与光和空气及有机物接触，氧化还原电位会下降，可逐渐还原生成普通的水，排放后对环境无污染。其灭菌速度快，效果可靠，应用范围广，不象化学消毒剂那样只对特定对象起作用且有残毒及污染。
3.2 强氧化离子水杀菌消毒机理分析
强氧化离子水杀菌迅速、广泛，那么，它是靠什么来杀菌呢？图1为微生物的生活圈。
图1 微生物的生活圈(氧化还原电位)
最适合微生物生存的环境是pH值为3.0～10.0(嗜酸性菌喜欢的pH值为2～3除外)，而pH值为2.7以下的强氧化离子水，超越了任何病源微生物的生存范围，因此，各种细菌、病毒等病源微生物在这种水中都无法生存，可以迅速灭活。这与人的胃液pH值为1～3的杀菌作用相似。但与pH值为2.6的盐酸相比，强氧化离子水(pH=2.6)杀菌能力强很多，即不能从低pH值来说明，或者说，pH值不能做为杀菌指标。
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是否活性氧引发强氧化离子水的杀菌作用呢？因为电解食盐水时，产生了活性氧，而活性氧可杀菌。但我们知道，活性氧是不稳定的物质，在保存了长时间的强氧化离子水中，活性氧已不存在，而我们通过实验检测保存了三个月的强氧化离子水仍有杀菌作用，因此活性氧不是强氧化离子水的杀菌主角，而且，常用的双氧水、臭氧都含丰富的活性氧，但其杀菌能力完全没有强氧化离子水强。
那么，是否氯的杀菌作用呢？氯用于自来水的消毒、杀菌，人们很自然会认为强氧化离子水是靠在电解生成过程中产生的氯来杀菌的。氯气有毒，因此广泛用于化学武器上。氯在常温下气化，1PPM浓度也会令人感到刺激；3～6PPM会对眼、鼻、喉产生强烈刺激，如果在30分钟至1小时内吸入14～21PPM的氯，就会有生命危险。而40～60PPM在短时间内就可导致生命危险。而强氧化离子水含游离氯很少，可入口、入眼，无刺激、无污染，对人体无害，因此在强氧化离子水中主要靠氯来杀菌也是站不住脚。
至于次氯酸，它可通过浸透细胞的细胞膜，直接与酶接触，使其活动停止而杀菌。次氯酸、次氯酸钠(漂水)的确有杀菌作用，但从表2可知，强氧化离子水在30秒内就可杀死红色酵母、白色念珠菌、芽枝霉菌、毛藓菌，而次氯酸钠(10PPM)要杀死这些菌却需3～5分钟，而且无法杀灭蜡样芽孢杆菌。强氧化离子水杀菌的速效性、广谱性，遇光和有机物时效力的迅速消失，还原成普通水，无残毒、无污染，是不可能仅用次氯酸来解释的。
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氧化还原电位(ORP)的作用又如何呢？我们知道，病源微生物细胞、单细胞生物(原核细胞)由于氢离子、钠离子、钾离子等在细胞膜内、外的分布不同，而形成一定的膜内、外电位，达到动态平衡时有一定的电位差，从图1可知其ORP约-400 mV～+900mV。而强氧化离子水，氧化还原电位(ORP)极高，达+1100mV以上，它的电子十分不足。从接触到细菌的瞬间，就夺取了电子，干扰了其膜的平衡，改变了细胞膜内外电位差、膜的通透性和膜内外的渗透压，引起细胞膜的破裂，细胞膜内的细胞质外溢以及超微结构的改变，从而使病源细胞(原核细胞)死亡。强氧化离子水夺过电子后，氧化还原电位迅速下降，效力消失。因此其杀菌作用没有残留性和副作用。高氧化还原电位(ORP)的强氧化离子水进入细胞后主要阻碍酶的活性而起杀菌和杀病毒作用。它既不会象重金属消毒药物和化学消毒剂引起变态反应，也没有毒性。
4 结束语
强氧化离子水，是以物理消毒法为主，化学消毒法为辅的一种新型消毒剂，它对各种细菌、病毒等病源微生物都可以迅速灭活。目前在国内外应用于医疗、牙科、畜产、农业、水产加工、公共环境卫生等各个领域，是一种具有非常广泛前景的杀菌消毒剂。但当有机物存在时，其杀菌效果急剧下降。
, 百拇医药
参考文献：
[1] 土居弘幸.从WHO的立场看强酸性电解水、机能水研讨会’96初稿集[R].1996，16.
[2] Fegley，Jr.，B..Properties and composition of the terrestrial ocean and of the atmospheres of the earth and other planets，in Global Earth Physics by Ahrens T. J..Am.Geophys Union，1995，320-345.
[3] 岸田义典.机能水农业[M].新农林社，1996，132.
[4] 小川俊雄.强电解水的原理及应用[M].SLI出版，1995，148.
[5] Voet，D. and J.G.Voet.Biochemistry，2nd ed. John Wiley ＆Sons.Lne，New
York，1995，1361.
[6] 大久保宪.电解酸性水的评价与新型消毒法[J].Japanese Association for Operative Medicine，1995，16(10)：57-59.
[7] 芝烨彦*芝纪代子.强电解水手册[S].医学情报社，1995，142.
[8] 薛广波.实用消毒学[M].人民军医出版社，1994.
收稿日期：1998-07-10, 百拇医药
单位：广东药学院 物理教研室,广东 广州 510224
关键词：氧化还原电位；pH值
中国医学物理学杂志990318
摘要：常用的消毒方法有物理方法和化学方法两大类，强氧化离子水是一种以物理消毒法为主、化学消毒法为辅的一种新型消毒剂。本文通过对强氧化离子水的生成原理和其杀菌、消毒的检测的分析，对强氧化离子水的杀菌机理进行初步的探讨。
中图分类号：R318 文献标识码：A 文章编号：1005-202X(1999)03-0175-03
The preliminary exploration in disinfectant mechanism of strong oxidative ionic water
, 百拇医药
QIU Cui-huan
(Physics Dept of Guangdong College of Pharmacy, Guangzhou 510224, China)
Abstract： Two kinds of disinfection that usually used are physical disinfection and chemical disinfection. Strong oxidative ionic water is a new disinfectant that mainly depends on physical disinfection and chemical disinfection as helping. The paper preliminary explored the disinfectant mechanism of strong oxidative ionic water through to analysis the forming principle of strong oxidative water and the test in sterilization and disinfection.
, 百拇医药
Key words: oxidation-reduction potential; pH value
前言:日常生活中经常接触到各种病源微生物，如细菌、病毒等。因此，为了保障人类的健康，高效、快速、简便及对人体无毒无副作用的灭菌消毒方法是人们不断探讨的课题。常用的消毒方法为物理方法和化学方法两大类。化学消毒法是利用化学药品的化学反应对某些特定病源微生物杀灭，因此化学消毒剂对各种病源微生物的适用范围不广，造成化学消毒剂种类繁多，不同程度地存在残毒和对环境造成污染；物理消毒法是用物理因素杀灭或消除病源微生物，一般对人体无毒、无副作用和对环境的污染较少。如常见的利用紫外线、高温高压进行灭菌消毒，但同样受到适用范围的限制。强氧化离子水，是以物理消毒法为主，化学消毒法为辅的一种新型消毒剂。
1 强氧化离子水的生成原理
在自来水中加入少量的氯化钠，通过特殊的白金钛合金电极，在有特殊的半透隔膜的电解槽中电解。由于水的电解在阴极产生氢，氢氧离子浓度上升，生成高pH值的强碱性水；而在阳极由于水的电解，产生了氧，氢离子浓度上升，同时来自添加的少量食盐产生的氯气，生成含有氯化合物和活性氧、H+浓度(pH)在2.7以下的强酸性水。关于电解的主要反应如表1。
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表1 电解的主要反应 阳 极
阴 极
2H2O→O2+4H++4e
2H2O+4e→H2+2OH-
2OH-2e→2OH.
2OH.→(O)+H2O
(O)+O2→O3
2Cl-→Cl2+2e
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Na++OH→NaOH
Cl2+H2O→HOCl+HCl
强酸性水具有高氧化还原电位和强氧化能力，所以又叫强氧化离子水。它容易起氧化反应，同时含有的氯化合物， 实际上包括次氯酸离子(OCl-)、次氯酸(HOCl)、气体氯(Cl2)等氯化物，具有高效的快速杀菌力。
强氧化离子水与通常电解食盐水所得出的“漂水”(次氯酸钠)有本质的不同，它们的生成过程及性质有明显差异。
2 强氧化离子水杀菌、消毒效果
我们通过实验检测强氧化离子水能杀灭多种致病菌，具有快速广谱的杀菌能力。表2为强氧化离子水(pH2.6，氧化还原电位1100mV)和次氯酸钠(10PPM)杀灭初生菌2～800万个左右所需的时间比较。
, 百拇医药
表2 强氧化离子水和次氯酸钠杀菌效果比较 试验菌种
强氧化离子水
次氯酸钠
大肠杆菌
30秒以内
30秒以内
沙门氏菌
30秒以内
30秒以内
绿脓杆菌
30秒以内
30秒以内
, http://www.100md.com
蜡样芽孢杆菌
2分
不杀菌
金黄色葡萄球菌
30秒以内
30秒以内
耐青霉素金黄色菌
30秒以内
30秒以内
副溶血弧菌
30秒以内
30秒以内
红色酵母
, http://www.100md.com
30秒以内
2分
白色念珠菌
30秒以内
5分
芽枝菌
30秒以内
5分
毛藓菌
30秒以内
5分
实验检测及临床使用结果表明，强氧化离子水除了对以上细菌有杀灭效果外，还对以下细菌、病毒均有杀灭效果：
, http://www.100md.com
MRSA—1、MRSA—2、MRSA—3、白藓菌、变形菌、肠炎菌、肠炎弧菌、荧光菌、小球菌、碱粪便菌、枯草杆菌、肺炎杆菌、梅毒螺旋体、淋球菌及各种细菌繁殖体、细胞芽孢和乙肝病毒。
3 强氧化离子水杀菌消毒机理
3.1 强氧化离子水特性
(1)强氧化离子水是一种无色、无强烈刺激性气味的水；
(2)pH值在2.7以下；
(3)氧化还原电位(ORP)在+1100mV以上；
(4)次氯酸含量20PPM；
(5)无残留性，对皮肤粘膜无刺激性、无蓄积毒性。
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它的本质是水，而不是化学药品，对人体无毒性作用，无刺激性、无副作用、无蓄积毒性。随着与光和空气及有机物接触，氧化还原电位会下降，可逐渐还原生成普通的水，排放后对环境无污染。其灭菌速度快，效果可靠，应用范围广，不象化学消毒剂那样只对特定对象起作用且有残毒及污染。
3.2 强氧化离子水杀菌消毒机理分析
强氧化离子水杀菌迅速、广泛，那么，它是靠什么来杀菌呢？图1为微生物的生活圈。
图1 微生物的生活圈(氧化还原电位)
最适合微生物生存的环境是pH值为3.0～10.0(嗜酸性菌喜欢的pH值为2～3除外)，而pH值为2.7以下的强氧化离子水，超越了任何病源微生物的生存范围，因此，各种细菌、病毒等病源微生物在这种水中都无法生存，可以迅速灭活。这与人的胃液pH值为1～3的杀菌作用相似。但与pH值为2.6的盐酸相比，强氧化离子水(pH=2.6)杀菌能力强很多，即不能从低pH值来说明，或者说，pH值不能做为杀菌指标。
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是否活性氧引发强氧化离子水的杀菌作用呢？因为电解食盐水时，产生了活性氧，而活性氧可杀菌。但我们知道，活性氧是不稳定的物质，在保存了长时间的强氧化离子水中，活性氧已不存在，而我们通过实验检测保存了三个月的强氧化离子水仍有杀菌作用，因此活性氧不是强氧化离子水的杀菌主角，而且，常用的双氧水、臭氧都含丰富的活性氧，但其杀菌能力完全没有强氧化离子水强。
那么，是否氯的杀菌作用呢？氯用于自来水的消毒、杀菌，人们很自然会认为强氧化离子水是靠在电解生成过程中产生的氯来杀菌的。氯气有毒，因此广泛用于化学武器上。氯在常温下气化，1PPM浓度也会令人感到刺激；3～6PPM会对眼、鼻、喉产生强烈刺激，如果在30分钟至1小时内吸入14～21PPM的氯，就会有生命危险。而40～60PPM在短时间内就可导致生命危险。而强氧化离子水含游离氯很少，可入口、入眼，无刺激、无污染，对人体无害，因此在强氧化离子水中主要靠氯来杀菌也是站不住脚。
至于次氯酸，它可通过浸透细胞的细胞膜，直接与酶接触，使其活动停止而杀菌。次氯酸、次氯酸钠(漂水)的确有杀菌作用，但从表2可知，强氧化离子水在30秒内就可杀死红色酵母、白色念珠菌、芽枝霉菌、毛藓菌，而次氯酸钠(10PPM)要杀死这些菌却需3～5分钟，而且无法杀灭蜡样芽孢杆菌。强氧化离子水杀菌的速效性、广谱性，遇光和有机物时效力的迅速消失，还原成普通水，无残毒、无污染，是不可能仅用次氯酸来解释的。
, http://www.100md.com
氧化还原电位(ORP)的作用又如何呢？我们知道，病源微生物细胞、单细胞生物(原核细胞)由于氢离子、钠离子、钾离子等在细胞膜内、外的分布不同，而形成一定的膜内、外电位，达到动态平衡时有一定的电位差，从图1可知其ORP约-400 mV～+900mV。而强氧化离子水，氧化还原电位(ORP)极高，达+1100mV以上，它的电子十分不足。从接触到细菌的瞬间，就夺取了电子，干扰了其膜的平衡，改变了细胞膜内外电位差、膜的通透性和膜内外的渗透压，引起细胞膜的破裂，细胞膜内的细胞质外溢以及超微结构的改变，从而使病源细胞(原核细胞)死亡。强氧化离子水夺过电子后，氧化还原电位迅速下降，效力消失。因此其杀菌作用没有残留性和副作用。高氧化还原电位(ORP)的强氧化离子水进入细胞后主要阻碍酶的活性而起杀菌和杀病毒作用。它既不会象重金属消毒药物和化学消毒剂引起变态反应，也没有毒性。
4 结束语
强氧化离子水，是以物理消毒法为主，化学消毒法为辅的一种新型消毒剂，它对各种细菌、病毒等病源微生物都可以迅速灭活。目前在国内外应用于医疗、牙科、畜产、农业、水产加工、公共环境卫生等各个领域，是一种具有非常广泛前景的杀菌消毒剂。但当有机物存在时，其杀菌效果急剧下降。
, 百拇医药
参考文献：
[1] 土居弘幸.从WHO的立场看强酸性电解水、机能水研讨会’96初稿集[R].1996，16.
[2] Fegley，Jr.，B..Properties and composition of the terrestrial ocean and of the atmospheres of the earth and other planets，in Global Earth Physics by Ahrens T. J..Am.Geophys Union，1995，320-345.
[3] 岸田义典.机能水农业[M].新农林社，1996，132.
[4] 小川俊雄.强电解水的原理及应用[M].SLI出版，1995，148.
[5] Voet，D. and J.G.Voet.Biochemistry，2nd ed. John Wiley ＆Sons.Lne，New
York，1995，1361.
[6] 大久保宪.电解酸性水的评价与新型消毒法[J].Japanese Association for Operative Medicine，1995，16(10)：57-59.
[7] 芝烨彦*芝纪代子.强电解水手册[S].医学情报社，1995，142.
[8] 薛广波.实用消毒学[M].人民军医出版社，1994.
收稿日期：1998-07-10, 百拇医药