变频脉冲电磁场杀菌机理分析

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：在脉冲磁场的作用下，由于脉冲时间短，磁场的变化率很大，会导致穿过细胞的磁通量变化并激励起细菌细胞内的感应电流，感应电流与磁场的相互作用力可以破坏细菌细胞正常的生理功能，达到杀灭细菌的目的。低频磁场对细胞组织会产生较大影响，低频高强度脉冲磁场会使微生物的细胞膜和细胞组织破坏，使单位体积内的微生物数量急剧减少，尤其是微生物细胞比起动物细胞所承受的能力更弱。

变频脉冲电磁场水处理装置通过向水中发射变频电磁场，影响细胞膜的通透性、蛋白质大分子与酶活性、染色体畸变并且可直接或间接地影响DNA，从而影响微生物的正常生理代谢。磁场的生物效应不仅和磁场的强度、分布以及频率有关，也与微生物的种类和生长特性有关。

首先，生物体的磁导率与真空中的磁导率相近，因此，磁场很容易透过生物体。在脉冲磁场的作用下，由于脉冲时间短，磁场的变化率很大，会导致穿过细胞的磁通量变化并激励起细菌细胞内的感应电流，感应电流与磁场的相互作用力可以破坏细菌细胞正常的生理功能，达到杀灭细菌的目的。

其次，由于细胞膜具有一定的电阻，感应电流在膜的两侧产生一定的电位差，从而改变了细胞的膜电位，当膜电压达到临界值时，细胞膜上的离子通道被击穿，细胞膜受到破坏，影响细胞正常生命活动，进而影响细菌的存活率。另一方面，在磁场作用下，细菌细胞中的带电粒子尤其是质量小的电子和离子，由于受到洛伦兹力的影响，其运动轨迹被束缚在某一半径内，磁场强度越大，细菌细胞中带电粒子的运动范围越小，导致了细菌细胞内的电子和离子不能正常传递，从而影响细菌细胞正常的生理功能，达到杀菌的目的。

另外，当所施加的激励波形为突变波形时杀菌效果普遍高于平缓变化的波形。例如，以脉冲方波作为激励波形时，由于方波具有更陡峭的上升沿和下降沿，当脉冲波由高电平转入低电平瞬间，积聚在脉冲电磁线圈中的能量由于电位的突然降低，所产生的反冲电动势变化更强烈，使水中的感应电动势瞬间增大，产生一个增大的瞬态电流。这种作用集中在细菌细胞膜上，使镶嵌在细菌细胞膜上蛋白质的氨基酸电偶极矩发生改变，影响细菌细胞膜的离子通透性，使得细胞膜流度发生改变，引起一系列与细胞膜相关的变化，例如，细胞膜离子通道的变化，破坏正常的细胞生理功能。根据研究表明，无论是静磁场还是交变磁场都会对细胞组织产生影响，静磁场对细胞的影响实质上是使细胞钝化，使其生长繁殖受到抑制。低频磁场对细胞组织会产生较大影响，低频高强度脉冲磁场会使微生物的细胞膜和细胞组织破坏，使单位体积内的微生物数量急剧减少，尤其是微生物细胞比起动物细胞所承受的能力更弱。

此外，强变频脉冲磁场作用下还可使水分子氢氧键断裂，产生一定量的活性氧自由基，例如，、OH^-、H₂O₂等，活性氧破坏生物细胞的离子通道改变了细菌、藻类生存的生物场，影响菌藻的新陈代谢，起到杀菌灭藻作用。活性氧的杀菌作用与氯相比要高出600～3000倍，且无余毒影响。

变频脉冲电磁场杀菌机理分析

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