商用节能灯的光谱特性及对人体的危害图文Word下载.docx

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Ａｂｓｔｒａｃｔ：

ＷＧＤ一８Ａ

ｇｒａｔｉｎｇｓｐｅｃｔｒｕｍａｐｐａｒａｔｕｓｉｓｕｓｅｄ

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ｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｔｈｅｍｏｓｔ

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ＵＶ—ｌｉｇｈｔ；

ＵＶ—ｌｉｇｈｔａｂｓｏｒｂｅｎｔ

光源是人类生活中必不可少的，它驱赶了黑暗，使人类得以在黑暗中生产与生活，促进了社会的进步和发展。

一般光源分为连续光源（如白炽灯）和线光源（如金属蒸气灯）［１］。

然而，事物具有两面性，光源在给人类带来光明的同时也产生了光污染。

光污染是继废气、废水、废渣和噪声等污染之后的一种新的环境污染源，它几乎渗透到人们生活的各个方面，但却没有引起大多数人的重视与注意。

光污染正在不知不觉地加速威胁着人们的健康。

日常生活中使用的灯具所发出的某些特定频率的光对人体是有危害的。

例如：

波长为２５０－－一３２０

ａｍ

的紫外线，其强度大大高于阳光中的紫外线，人体如长期受到这种黑光灯照射，有可能诱发鼻出血、脱牙、

收稿日期：

２００９－０９－１５

基金项目：

浙江省大学生科技创新项目（２００９—０３—２７）

作者简介：

毅（１９８８一），男，浙江台州人，应用物理专业本科生。

通讯作者：

冯元新。

工程师，主要从事实验教学研究。

第２期刘毅，等：

９５

白内障，甚至导致白血病和癌症。

这种紫外线对人体的有害影响可持续１５～２５年。

而大多数人在选择灯具时，关注的是其外形的美观或是使用寿命，而忽略了灯光本身会不会对人体造成伤害。

随着生活中大量光源的使用，由于不当使用或没有清晰的认识而造成不必要且无法挽回的损失的事件已非常多。

为了减少类似的情况发生，笔者通过光学多通道分析器定标测量（一般用汞三线定标）［２］一些常用的光源（节能灯）的光谱，获得相关数据，从中找出每一种光源的光谱成分，找到其中有危害的波长段。

本文主要研究光源对视力的影响，并提出相应的解决方法。

ｌ

实验器具与实验方法

１．１

实验器具

实验仪器见图１，实验采用光源见表１。

图１

ＷＧＤ一８Ａ型组合式多功能光栅光谱仪Ｆｉｇ．１

ｇｒａｔｉｎｇｓｐｅｃｔｒｕｍａｐｐａｒａｔｕｓ

１．２实验仪器的工作原理

ｗＧＤ一８Ａ型组合式多功能光栅光谱仪由光栅单色仪、接收单元、扫描系统、电子放大器、Ａ／Ｄ采集单元和计算机组成。

该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。

光学系统采用Ｃ－Ｔ型，见图２。

入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围０～

２

ｍｍ连续可调，光源发出的光束进入入射狭缝Ｓ１，Ｓ１

位于反射式准光镜Ｍ２的焦面上，通过Ｓ１射入的光束

表１实验所用光源（节能灯）

Ｔａｂｌｅ１

Ｌａｍｐｓｕｓｅｄｉｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ

品牌

功率／ｗ品牌功率／ｗ

０ｓｒａｍ（欧司朗）１０５

０

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ＦＳＬ（佛山）

Ｐｈｉｌｉｐｓ

８９１１

１１

经Ｍ２反射成平行光束投向平面光栅Ｇ上，衍射后的平行光束经物镜Ｍ３成像在Ｓ２或Ｓ３上。

１．３

实验方法

采用光栅光谱仪进行光谱测量具有灵敏度高、分析速度快，并兼有信息采集、处理、存储等优点。

由

ＯＭＡ测定待测光源的光谱时，各谱线对应于ＯＭＡ所用阵列检测器的道数（Ｃｈａｎｎｅｌ），要确定其峰值所对应的波长（即由道数直接给出波长），需要波长定标嘲。

本研究采用的是汞三线定标，理论上的汞三线波长分别为３６５．００，３６５．５０，３６６．３０ｎｍ，而通过ＯＭＡ对实验室汞灯进行光谱测量并进行波长修正得到的汞三线波长分别为３６５．００，３６５．５０，３６６．３３ｎｍ，误差为０．０３ａｍ。

由于汞三线比较接近，一般仪器和实验装置都不能准确测定，因此通过汞三线定标可以更加准确地对常用光源的光谱进行测定。

图３为汞三线定标光谱图。

９６

浙江科技学院学报第２２卷

Ｓ２

Ｍ１一反射镜；

Ｍ２一准光镜；

Ｍ３一物镜；

Ｇ一平面衍射光栅；

Ｓ１一入射狭缝；

ｓ２一光电倍增管接收｝Ｓ３－－ＣＣＤ接收

图２

ＷＧＤ－８Ａ型光栅光谱仪光学原理图

Ｆｉｇ．２

ＰｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＷＧＤ一８Ａｇｒａｔｉｎｇｓｐｅｃｔｒｕｍ

ａｐｐａｒａｔｕｓ

沁

据涩

波长／ｎｍ

图３汞三线光谱图

Ｆｉｇ．３

Ｓｐｅｃｔｒｏｇｒａｍｏｆｍｅｒｃｕｒｙｔｈｒｅｅ—ｌａｎｅ

２实验数据分析

节能灯的工作原理是：

通过镇流器给灯管灯丝加热，大约在１

１６０

Ｋ温度时，灯丝就开始发射电子（因

为在灯丝上涂了一些电子粉），电子碰撞氩原子产生非弹性碰撞，氩原子碰撞后获得了能量又撞击汞原子，汞原子在吸收能量后跃迁产生电离，发出２５３．７ｎｍ的紫外线，紫外线激发荧光粉发光，由于荧光灯工作时灯丝的温度在１

Ｋ左右，比白炽灯工作的温度２２００～２

７００

Ｋ低很多，所以它的寿命也大大提高，达到

５０００

ｈ以上，由于它不存在白炽灯那样的电流热效应，荧光粉的能量转换效率也很高，达到５０ｌｍ／ｗ以上。

图４～７是ＦＳＬ不同功率的光谱图。

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图４

ＦＳＬ节能灯（５Ｗ）

Ｆｉｇ．４

ＦＳＬｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ

ｌａｍｐ（５Ｗ）

９７

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图５

ＦＳＬ节能灯（７ｗ）

Ｆｉｇ．５

ＦＳＬｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ

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图６

ＦＳＬ节能灯（９Ｗ）

Ｆｉｇ．６

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图７

ＦＳＬ节能灯（１１ｗ）

Ｆｉｇ．７

ＦＳＬｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇｌａｍｐ（１１

Ｗ）

表２是汇总了ＦＳＬ不同功率节能灯频谱数据表。

９８

浙江科技学院学报

第２２卷

从佛山（ＦＳＬ）节能灯的光谱图及光谱数据可见，其谱线能量集中于４０４．６ａｍ（紫光），４３５．８ｒｉｍ（蓝光），５４６．０ｎｍ（绿光），单色性好，人眼对其反应敏锐，有效光通量高，感觉很亮。

其中以４３５．８ｒｉｍ（蓝光）所占的比重最大，在光源功率为５ｗ和１１ｗ的条件下，谱线能量较７Ｗ和９Ｗ光源更集中于蓝光处。

紫光（４０４．６ｎｍ）在７Ｗ和９Ｗ光源中占很大比例，所以节能灯光色呈白色偏淡。

图８～９是Ｏｓｒａｍ不同功率的光谱图。

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图８

０ｓｒａｍ节能灯（５Ｗ）光谱图

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ＳｐｅｃｔｒｏｇｒａｍｏｆＯｓｒａｍｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ

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图９

Ｏｓｒａｍ节能灯（１０ｗ）光谱图

Ｆｉｇ．９

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Ｏｓｒａｍｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇｌａｍｐ（１０Ｗ）

Ｏｓｒａｍ不同功率节能灯频谱数据见表３。

第２期刘毅，等：

商用节能灯的光谱特性及对人体的危害Ｏｓｒａｍ节能灯频谱数据ｏｆＯｒｓａｍｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇｌａｍｐ９９表３Ｔａｂｌｅ３ＳｐｅｃｔｒｕｍｄａｔａＯｓｒａｍ节能灯同ＦＳＬ灯一样，谱线能量集中于４０４．６ｒｉｍ（紫光），４３５．７ｒｉｍ（蓝光），５４６．０ｒｉｍ（绿光），不同之处在于，５ｗ的Ｏｓｒａｍ节能灯存在比较大的紫外辐射，分别为３１２．５，３１３．１，３６４．９ｎｍ，对人体的危害较大。

图１０一－－１２是Ｐｈｉｌｉｐｓ不同功率的光谱图。

∞掘Ⅲ∞１１—，一—————、√＼ＩＪ．厶～么ｊ波长／ｎｍ图１０Ｆｉｇ．１０●Ｐｈｉｌｉｐｓ节能灯（５Ｗ）光谱图ＳｐｅｃｔｒｏｇｒａｍｏｆＰｈｉｌｉｐｓｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇｌａｍｐ（５Ｗ）岫倔耀●【图１１Ｆｉｇ．１１ｌＩ／———、—、。

，Ｌ波长／ｎｍＪ＼ＩｋＬ．．Ｐｈｉｌｉｐｓ节能灯（８Ｗ）光谱图Ｗ）ＳｐｅｃｔｒｏｇｒａｍｏｆＰｈｉｌｉｐｓｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇｌａｍｐ（８万方数据

１００浙江科技学院学报第２２卷Ｉ０００．０●８０００●吣６００．０撂锄２４０００●２０００．【２００．００２５０００３００００３５０．００１，一４００００一、．／＼５００．００』＿｜Ｌ４５０．００５５０．００＼ｋＬ．６００．００６５０．００波长／ｎｍ图１２Ｆｉｇ．１２Ｐｈｉｌｉｐｓ节能灯（１１Ｗ）光谱图ｏｆＰｈｉｌｉｐｓｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇｌａｍｐ（１１Ｗ）ＳｐｅｃｔｒｏｇｒａｍＰｈｉｌｉｐｓ不同功率节能灯频谱数据见表４。

表４Ｔａｂｌｅ４５Ｐｈｉｌｉｐｓ节能灯频谱数据ｌａｍｐＳｐｅｃｔｒｏｇｒａｍｄａｔａｏｆＰｈｉｌｉｐｓｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ８ＷＷ峰值Ｅ６３１８ｌ６５３波长／ｎｍ３６４．９４０４．６４３５．８５４１．３５４６．０５７６．７５７８．８６１０．９峰值Ｅ１１２．３４８０．６９９６．３２２６．６７２９．７１０５．５９６．７２３１－５波长／ｎｍ４９４６７５１５８７３９波长／ｎｍ４０６．６４３５．８５４１．３５４５．９５７６．６５７８．８６ｌＯ．９峰值Ｅ２０１．２８０５．９８５．Ｏ３６７．３５１．８４８．８１０２．６２２９９６７８８８４２３６∞如∞鹳弘弘盯卯甜Ｏ９¨

够０∞孔昌№ｕ孙７从３种不同品牌节能灯的光谱图可以看出，节能灯的光谱是线状光谱Ｈ］，其中紫光、蓝光、绿光的能量最高，所占的比重最大。

除此之外，还有少量的黄光和橙光，混合显白色，单色性好，人眼对其敏感程度高，有效光通量大，亮度高，在暗视觉条件下，容易被人眼察觉，但受限于功率，适合于夜间家居照明。

３种节能灯除了可见光外，还存在波长３６５ｎｍ的长波紫外，会对人体造成一定的影响。

其产生长波紫外的原因在于其独特的发光原理。

从数据的对比分析看出：

同种品牌的节能灯中紫外含量随灯泡功率呈抛物线型变化，在低功率和高功率区，紫外含量皆较中等功率的节能灯少。

在ＦＳＬ几种不同功率的节能灯中，５ｗ灯具有最少的紫外辐射能量，１１Ｗ灯次之，反而是处于中等功率区的９Ｗ灯具有最高的紫外辐射强度。

与此相类似，Ｐｈｉｌｉｐｓ节能灯也是中等功率的８Ｗ具有最高的紫外辐射。

而对于Ｏｒｓａｍ而言，５Ｗ节能灯还存在波长３１５ａｍ的长波紫外，有更大的紫外辐射。

从３种品牌的比较来看，Ｏｒｓａｍ基本不存在紫外辐射，而且能量高，亮度大，适用于室内或走廊等的照明。

而Ｐｈｉｌｉｐｓ紫外辐射，但从各种比较来看，它亮度适中。

伤害也较小，适用于台灯照明。

５ｗ灯因紫外辐射１１最强烈，最不适合于应用，用于台灯辐射伤害大，用于室内照明则亮度不够。

从数据来看，Ｐｈｉｌｉｐｓ５Ｗ灯Ｗ灯虽然存在少量３不同光源的光谱对人眼的影响３．１可见光光强对人眼的影响可见光部分即波长为３９０＂－一７６０ｎｍ的电磁波。

当“白光”照射到一物体上时，该物体只能够反射或透射与该物体相同的颜色（在太阳光下人眼看到该物体的颜色），从光谱的角度说，就是一物体只能反射或透射特定波长和频率的光。

万方数据

第２期刘毅，等：

商用节能灯的光谱特性及对人体的危害１０１光强对视力的影响［５］：

人眼中有２种形状的视觉细胞，即视杆细胞和视锥细胞。

视杆细胞与暗视觉有关，而在所有的视杆细胞中都发现了视紫红质，它对蓝光有最大吸收能力，而这与人眼在弱光条件下对光谱上蓝绿光区域（相当于５００ｎｍ波长附近）感觉最明亮（不是感到了蓝绿色）的事实相一致，说明人的暗视觉与视杆细胞中所含的视紫红质的光化学反应有直接的关系。

视紫红质是一种结合蛋白质，由一分子称为视蛋白的蛋白质和一分子称为视黄醛的生色基团组成。

视紫红质在光照时迅速分解为视蛋白和视黄醛，这是一个多阶段反应。

在亮处分解的视紫红质，在暗处又可重新合成，亦即这是一个可逆反应，其反应的平衡点决定于光照的强度。

只要可见光的强度不是很强或很弱，眼内的视紫红质是能够保持一个化学平衡的，这样不会影响视力。

若光线太强，会使大量视紫红质迅速分解而合成不足，造成“暂时失明”，同样也会使瞳孔扩约肌收缩过度以至痉挛状态，影响视力。

３．２紫外线对人眼的影响紫外线被组织吸收后，起光化学作用，使细胞的核糖核酸合成发生障碍，造成细胞肿胀，染色质溶解，细胞核破裂，细胞死亡引起电光性眼炎。

大量紫外线照射后６～８ｈ发病，两眼会突然发生强烈异物感、刺痛、畏光、流泪、眼睑痉挛，一般１＂－－２ｄ自行痊愈。

但若多次重复发病，可引起慢性睑缘炎、结膜炎，甚至角膜变性，影响视力Ｌ６］。

３．３防紫外线措施紫外对人体影响大，其中对紫外最敏感之处在于眼睛，如何保护眼睛（视力）不受紫外影响乃重中之重。

最有效的办法就是佩戴防紫外眼镜。

当前眼镜制造产业中已经出现多种防紫外镜片，在普通的近视眼镜中添加紫外吸收剂，诸如：

注入Ｔｉ离子［７］，添加ｕｖ—Ｘ系列紫外吸收剂［８３等；

还有办法则是在光源的外罩上添加紫外吸收剂或直接用抗紫外材料作为光源的外罩，不过这样会增加成本，在普通光源更新频繁、损耗高的情况下，未必有厂家会采用这种方式，至少在实验中没发现有采用防紫外材料的光源。

实际上，防紫外眼镜在眼镜行业中已经生根发芽，经实验证明，市场上流通的防紫外眼镜抗紫外效果良好。

４结语测量与分析光源的光谱是为了能找出合适的理想光源，通过对节能灯的光谱分析，可以知道节能灯光谱分立，光照强度高，显色性好，但存在一定的紫外污染。

从本次实验所得出的数据来看，对于广大青少年来说，在学习过程中，光照强度不能太强，也不能太弱，还应该尽量减少紫外线的伤害。

如在选择台灯的亮度和灯管时，就应挑选亮度适中、紫外辐射弱的，比如实验中用到的Ｐｈｉｌｉｐｓ本着节约、效用、健康等考虑因素，ＦＳＬ１１５Ｗ节能灯。

对于室内照明，１１Ｗ节能灯，０ｒｓａｍ１０Ｗ节能灯，ＰｈｉｌｉｐｓＷ节能灯都能胜任。

目前市面上存在的节能灯差异很大，品种繁多，虽有适用生活的品种，但种类不多，希望以后能够出现更多的理想的光源。

参考文献：

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１４—２２．万方数据