关于消毒剂的来龙去脉:化学消毒剂发展简史
2020-02-06 15:28

关于消毒剂的来龙去脉:化学消毒剂发展简史

文章来自微信公众号:国家人文历史(ID:gjrwls),作者:樵棂


武汉新型冠状病毒肺炎疫情一直牵动着国人的心,对大多数人来说,配合政府工作安排部署,无特殊情况不要出门,是为抗击病毒献力的重要方式。


居家期间的消毒防护,也是抗毒重要的一环。我们常用的84消毒液,还有口罩包装上看到的“环氧乙烷”,都是消毒剂在多年发展中出现的一些品种。


科普:如何正确消毒?酒精和84消毒液亲自给你划重点


消毒观念的形成


在医学上,消毒是切断感染性疾病(包括传染病和非传染病)传播的重要措施,对降低感染性疾病的发病率、死亡率起着巨大作用。近年来,消毒技术更广泛用于食品工业、制药工业、农业、畜牧业、水产养殖业等领域。


人类历史就是一场同疾病的斗争史,图源网络


我国古代对消毒防病所累积的知识极为丰富,《吕氏春秋》中即有“九沸九度”的记述,提倡饮用开水;贾思勰在《齐民要术》中提到用茱萸叶消毒井水;孙思邈在《千金要方》中指出“一切肉惟需煮烂”才可食用;李时珍《本草纲目》记述“天气瘟疫,取出病人衣服于甑上蒸过,则一家不染”等。


李时珍和《本草纲目》,图源网络


与此同时,国外亦有许多类似的记述。而近代消毒观念的形成和发展正是在兴起于西方的现代医学、微生物学、流行病学、化学、物理学等相关学科的发展中被逐步推进。


临床医学的需要是促使消毒观念诞生的关键因素。在医院消毒开展以前,各科疾病的病死率都很高。19世纪中叶,塞梅尔维斯对维也纳大学附院两个产科病房产妇的产褥热病死率进行了对比分析后,首创了临床医学消毒的范例。


1857年,威尔士要求手术前必须严格消毒手和手术器械。李斯特采用石碳酸消毒创面、医生的手和器械,使骨折病人病死率大大下降,开外科消毒之先河。1880年基尔默出版了《现代外科抗菌伤口处理方法》,为外科手术消毒提供了理论和实践基础。临床医学的需要促进了医院消毒工作的开展,消毒工作的开展大大地降低了各科住院病人的病死率,提高了医疗质量和临床医生对消毒重要性的认识。


塞梅尔维斯教会妇产科医生要常洗手


微生物学的发展为消毒学的形成提供了科学理论基础。19世纪下半叶,巴斯德等发现细菌,奠定了现代微生物学的基础。自此,医学界越来越多地寻求和描述细菌,短时间内便发现许多传染病的病原体和与疾病有联系的细菌。科赫在《创伤感染原因的研究》和《病原微生物研究》中,不仅阐述了各种细菌的形态和生物学特征,并介绍了灭菌方法。


巴斯德等发现细菌,图源网络


流行病学的发展加速现代消毒观念的形成。流行病学是一门研究传染病的传染来源、传播途径及其预防的科学。1949年,苏联科学家格罗马舍夫斯基在其《流行病学总论》中,明确提出切断传播途径是预防和消灭传染病的三大要素之一。


19世纪初,随着工业的发展,自来水厂兴起,早期的自来水只是把从江河中抽来的水送至工厂,供工业生产用的工业自来水,并不实施消毒。人们饮用工业自来水曾引起过无数次的霍乱、伤寒、痢疾等肠道传染病的水型爆发或流行。


例如1892年汉堡霍乱水型爆发,仅登记的典型病人就达到17000余例。对自来水实施消毒处理后,在供应安全用水的城市,霍乱不再发生。饮水消毒在预防和消灭肠道传染病中起了巨大作用。作为切断传播途径重要措施的消毒,在其他方面还有食物消毒、空气消毒、日常用品消毒、医疗器械消毒、疫源地消毒等。


1892年汉堡的霍乱病房


与此同时,物理学与化学新技术的发展为消毒方法的更新提供了有利条件。近30年来,随着物理学新技术开发,物理消毒技术有很大发展。电离辐射自1953年用于医疗器材的灭菌以来,由于辐射灭菌不使物品升温、穿透力强、方法简便且节约能源消耗,使用频率越来越高。


预真空压力蒸汽灭菌器在实践中解决了压力蒸汽灭菌器中冷空气排除的问题,其蒸汽对被消毒物品的穿透快速,灭菌快,极大程度节约了人力、时间和能源。此外,微波消毒也是物理学技术开发、应用的成果。微波可穿透玻璃、陶瓷、塑料及纸张,热传导迅速均匀,物品可以在用上述材料包装密封以后进行灭菌。


预真空压力蒸汽灭菌器,图源网络


化学消毒历史悠久,化学的发展为消毒剂的筛选和更新提供了丰富的资源。早在1806年,吉托·莫普沃在《论改善空气与防止传染的方法》一书中,就为空气消毒推荐了30余种化学物。18世纪末至19世纪间,化学消毒取得巨大成就。


化学消毒剂发展简史


早在公元前1200年,希腊迈锡尼文明时代,就有采用燃烧硫磺熏蒸净化空气的习惯。此后一段时间,消毒剂的进展更多体现在农业方面。同时,由于植物病原菌种类多样,因此需要消毒水平更高的药剂,这类试剂被称为灭菌剂。如在1705年,升汞(HgCl2)开始用于木材防腐和种子消毒;1761年,舒尔特斯首次将硫酸铜用于防治小麦黑穗病;1802年,威廉·福赛斯首次制备出石灰-硫磺合剂,并应用于防治果树白粉病。


1811年,英国化学家汉弗莱·戴维发现了二氧化氯,他把这种黄绿色的气体称为优氯。戴维用硫酸将氯酸钾酸化,制造了这种气体。后来,米隆于1843年用盐酸将氯酸钾酸化获得一种黄绿色气体,随即将这一气体吸收在碱性溶液中,获得亚氯酸盐(以及次氯酸盐)


然而米隆的气体并没有作为含有二氧化氯而被识别,直到1881年,卡扎罗利·舍恩拉科才鉴别出这种气体是二氧化氯和氯气的混合物。1940年,泰勒及其同事报道了一种具有强烈漂白性质的新型化学商品——亚氯酸钠。如今,二氧化氯作为消毒剂、漂白剂、脱味机、清洁剂在其相关领域中正得到非常普遍的应用。


英国化学家汉弗莱·戴维,图源网络


1820年,漂白粉问世,此后被用作感染创伤的治疗和饮用水的消毒中。这一由氢氧化钙、氯化钙,次氯酸钙组成的混合物,在今天仍然被作为重要的消毒灭菌剂。


1839年,碘酊即医院中消毒常用的碘酒被研制出,但其特性与效用在当时并未被研制者认识到。一直到1862年美国南北战争时,其卓越的消毒效果才被人们认识。


此后多年间,用于医学研究的“消毒术”取得了较大进展,而其整体进步离不开几位“巨人”的推进。


首先是被称为近代微生物学奠基人的路易斯·巴斯德(1822年~1895年) 。他研究了微生物的类型、习性、营养、繁殖、作用等,把微生物的研究从主要研究微生物的形态转移到研究微生物的生理途径上来,从而奠定了工业微生物学和医学微生物学的基础,并开创了微生物生理学。循此前进,在战胜狂犬病、鸡霍乱、炭疽病、蚕病等方面都取得了成果。


英国医生李斯特并据此解决了创口感染问题。从此,整个医学迈进了细菌学时代,得到了空前的发展。与此同时,作为一名爱国科学家,他也曾说过:“科学虽没有国界,但是学者却有自己的祖国”,启迪了代代科学家们要为祖国科学水平的提升和人类科学事业的进步而奋斗。


路易斯·巴斯德,图源网络


在巴斯德微生物研究基础上更进一步的约瑟夫·李斯特(1827年~1912年),是英国维多利亚时代的外科医师,也是外科消毒法的创始人及推广者。在他那个年代,医学界普遍缺乏消毒意识,使得当时外科手术的成功率不高,无法得到普遍实行。但是,李斯特经过观察发现,皮肤完好的骨折病人一般不易发生感染,便提出设想,即感染是因为外部因素造成的。


1864年4月7日,巴斯德发现微生物的存在,为李斯特的设想提供了理论上的依据。1865年,当时他在格拉斯哥大学担任外科医学教授,首先提出缺乏消毒是手术后发生感染的主要原因。1867年他发表论文公布了这一成果,不到10年就使手术后死亡率从45 %降到 15 %。挽救了亿万人的生命。而其论文中有关外科无菌操作技术的论述,其中大部分原则仍沿用至今。


约瑟夫·李斯特,图源网络


而在近代医学消毒史上,还有一位关键人物,那便是青霉素的发现者亚历山大·弗莱明(1881年8月6日~1955年3月11日)。弗莱明于1923年发现溶菌酶,1928年首先发现了青霉素。后英国病理学家弗劳雷、德国生物化学家钱恩进一步研究改进,并成功的用于医治人的疾病,三人共获诺贝尔生理或医学奖。


青霉素的发现,使人类找到了一种具有强大杀菌作用的药物,结束了传染病几乎无法治疗的时代;从此出现了寻找抗菌素新药的高潮,人类进入了合成新药的新时代。此后几年间,多类抗菌素问世,如稻瘟散、放线菌酮、灰黄霉素、链霉素等。


亚历山大·弗莱明,图源网络


回到化学消毒剂的发展中,在碘伏被研制的同时,苯酚(石炭酸)通过实验手段合成,1860年,库兴·迈斯特将其用作消毒剂。后来,苯酚被作为一些杀菌剂、防腐剂的合成原料而被广泛使用。随着应用的进一步扩大,它的毒性也被人们进一步认识到,2017年10月27日,苯酚被列入世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单。


1904年,维尔金指出,甲、乙、丙、丁、戊醇有杀菌作用。1926年,蒂里等观察到,醇类的杀菌作用从甲醇到辛醇逐渐增强。与此同时,更多类型的农业杀菌药剂也相继出现。如1934年,二硫代氨基甲酸衍生物(福美类农药)被研制出。1942年,种子处理剂四氯苯醌,2,3-二氯萘醌问世。1943年,乙撑双二硫代氨基甲酸衍生物(代森类农药)。1952年,含有三氯甲硫基(—SCCI3)的杀菌剂如克菌丹问世,随后又出现了灭菌丹。


20世纪30年代,甲醛的应用在化学消毒发展史上建立了一个里程碑,因此甲醛被誉为第一代化学灭菌剂。醇类也是发现比较早的一类化学消毒剂,如今我们在医院中与生活中常用的酒精消毒,主要成分就是乙醇。


1949年,美国菲利普、史密斯等人研究了多种化合物的杀菌作用,发现了环氧乙烷,并且研究了其灭菌条件及影响因素。环氧乙烷被誉为第二代化学灭菌剂。1954年,戴维斯研制成氯己定(洗必泰),它虽然是一种低效消毒剂,但其消毒效果已被公认。


1962年,美国的派普筛选了醛类化合物,发现了戊二醛一经碱化便有良好的杀芽孢作用。此后,一些学者研究了戊二醛的应用条件,杀菌作用及影响因素。这种消毒剂具有广谱、高效、气味小、低毒、对金属腐蚀小的优点。20世纪70年代以来广泛应用于医学灭菌,被称为冷灭菌剂,并被称为第三代化学灭菌剂。


20世纪70年代初期,李世新等研究了过氧乙酸的合成工艺及其在消毒上的应用,在此后的10多年中,过氧乙酸在我国广泛应用。1978年德国的亨氏·艾格斯珀格等合成了过氧戊二酸并研究了其杀菌作用。我国刘贤政等研制出了固体过氧戊二酸,此后也广泛运用于消毒和灭菌中。


家用消毒剂发展简史


可以看出,为了保障各行各业的顺利进展和公共卫生事业,各代的化学家们付出了许多努力。这一类化学消毒剂为了达到农业、工业和医疗行业中的消毒杀菌需要,对人体存在或大或小的伤害,因此不宜用于家居消毒。但随着民众的生活水平进一步提高,公共卫生意识也进一步加强,相比物理消毒设备无法达到广泛的应用,化学消毒仍然是家居消毒中的首选办法。因此,带着最大程度保障消毒作用同时降低对人体危害的初衷,家居消毒剂经过化学家们的努力,也经历了四代的发展历程。


第一代消毒产品的有效成分是氯酸钠,它的优点是消毒杀菌率很高,达到实际无毒标准(LD50>5000mg/kg),同时成本低廉,适宜普通老百姓购买使用。生活中常见的产品为84消毒液,84消毒液虽然消毒杀菌率很高,但是刺激性较大并具有很强的腐蚀性。


84消毒液,图源网络


第二代消毒产品的有效成分为对氯间二甲苯酚,它的消毒杀菌率较高,成本较高但有轻微毒性(LD50=3800mg/kg),同时也有轻微腐蚀性。生活中为大家所常见的产品有滴露消毒液、威露士消毒液等。虽然第二代消毒产品在正常使用浓度下对人体没有明显伤害,但目前无资料显示其是否会在体内积累造成潜在的慢性伤害。


滴露消毒液和威露士消毒液,图源网络


第三代消毒产品,它的有效成分是单双链复合季铵盐,生活中常见的产品有安洁全效除菌液等,消毒杀菌率很高,达到实际无毒标准(LD50>5000mg/kg),并且无腐蚀性,但长期使用易让细菌病菌产生抗药性,从而让消毒效果大打折扣。


安洁消毒液,图源网络


第四代消毒产品,它的有效成分是二氧化氯。二氧化氯消毒剂是国际上公认的高效消毒灭菌剂。与传统的消毒产品有效成分对人体会造成危害,刺激性强相比,二氧化氯是最新的消毒科技,它可以杀灭一切微生物,包括细菌繁殖体,细菌芽孢,真菌,分枝杆菌和病毒等,且令这些细菌不会产生抗药性,具有消毒杀菌、去除甲醛、清除异味、净化有毒物质(尼古丁、pm2.5等)等功能。目前是被欧美、日本等发达国家广泛所使用的一种家用消毒剂。


二氧化氯消毒液,图源网络


除多代家用消毒剂外,酒精也常被老百姓用在家庭消毒中。一般而言,酒精的消毒杀菌效果和其浓度关系较大,医用酒精的浓度在75%,可吸收细菌中的水分,使细菌中的蛋白质脱水变性。若酒精浓度过低,虽可侵入细菌,但不能将其体内的蛋白质凝固,同样也不能将细菌杀死。95%的酒精常用来擦拭紫外线灯,浓度在40%~50%的酒精可预防褥疮,而浓度在25%~50%的酒精可用于物理退热。


虽然效果显著,但酒精也有需要注意的地方。首先是其易燃易挥发特性,近期全国各地都不乏因用酒精消毒又使用明火而引起火灾的案例,因此在使用中需额外小心。其次是酒精对皮肤的影响,长期使用酒精擦拭皮肤消毒,会导致皮肤干燥、粗糙,而如果将其多次用于皮肤娇嫩的幼儿,由于他们的代谢能力弱而皮肤较薄,可能会引起酒精中毒。最后,日常饮用的白酒浓度其实远远低于医用酒精浓度,消毒效果没有酒精好,只能作为退热的辅助用品,且不能过量使用。同时,一些人买来高浓度酒精自己配制医用酒精的方法也不可取,因为医用酒精在生产中需要在无菌环境下,土法自制酒精在过程中就已经沾染了许多细菌。


酒精消毒液


老百姓在选用消毒剂时,首先应了解消毒剂的分类,其次应明确使用的目的和对象,比如是为了预防传染病发生还是已经有传染病病人存在,以及所需要消毒的对象,是蔬菜水果还是人体,以此来选择合适的消毒剂。消毒剂类别较多,不同种类、不同剂型的消毒剂具有不同的杀菌能力以及其最合适的使用用途,因此在选择消毒剂时,我们应根据自己使用的不同目的和对象,仔细查看包装标签及使用说明书。最后,消费者在选用消毒剂时,还应选择卫生安全、质量保证的产品。


与此同时,使用消毒剂时还应正确掌握使用浓度。这是由于消毒剂的使用可分为在未发现传染病的情况下所采用的预防性消毒和当发生传染病时所采取的随时或终末消毒,两种消毒方法在具体实施时所使用的浓度是不同的,使用浓度一般可根据消毒剂产品说明书来确定。


当发生传染病疫情时,也可根据卫生部制定的相关消毒技术方案进行消毒。在消毒剂的配制时也要注意方法正确,因为大多数的消毒剂不是纯品,所以不能以商品原药作为100%来计算使用浓度,否则就容易出现浓度不足的问题,正确的做法是按消毒剂包装标签及说明书上的有效成分含量来计算稀释比例和使用浓度。为防止消毒剂溶液的污染,消毒剂应当天配制当天使用,配制消毒液时容器要清洁,并保证消毒剂在产品有效期内使用。


最后,也一定要注意消毒液的储存方式。比如绝对要将84消毒液和酒精分开储存,妥善保管。因为84消毒液和酒精混合后可能产生氯气,对人体有巨大危害。另一方面,酒精极易燃烧,衣服静电就会导致酒精起火。所以在室内使用时禁止喷洒式消毒,并且在消毒过程中保持室内通风。所以在使用储存消毒液过程中一定要多加小心。


近年来,化学消毒的研究也倾向于:复方化学消毒剂的研究、老消毒剂新用和新消毒剂的不断开发。一定程度上,消毒剂的发展史也体现出公共卫生水平的进步和人类卫生意识的逐渐进步。而这次新冠疫情背后所召唤的,不正是需要我们对公共卫生事业应予以长效的预警和更为密切的关注吗?


参考资料:


富川佐太郎,原晋林:《灭菌与消毒的发展历史》,《消毒与灭菌》1984年第1期,第56页~59页。

张玮,赵艳敏,王巧菊:《消毒学的形成及其发展趋势》,《山东医科大学学报(社会科学版)》1997年第3期,第57页~59页。

袁洽匡:《了解消毒剂 用好消毒剂》,《中国护理管理》,2003年第2期,第47页~48页。

刘芳:《如何合理选用消毒剂》,《福建质量技术监督》,2009年第7期,第56页。


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