战疫指挥官——“氯”到“病”除
Commander against the Pandemic: Chlorine-Based Disinfection of Viruses
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收稿日期: 2021-09-24 接受日期: 2021-10-29
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Received: 2021-09-24 Accepted: 2021-10-29
The new conronavirus outbreak in 2019 has mandated people to undergo home quarantine. Surveys have revealed that many people lack basic knowledge of disinfectants, thus failed to use disinfectants properly. In order to popularize the appropriate use of disinfectants to prevent epidemic diseases more effectively, this paper mainly introduces the properties, principles and applications of 84 disinfectant, sodium dichloroisocyanurate (NaDCC) and trichloroisocyanuric acid (TCCA) from the perspective of a player in a mobile phone war game emphasizing the importance of disinfection time, concentration, usage and dosage in various settings.
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钱嘉梁, 周丽, 曹奡, 陈建成.
Qian Jialiang.
2019年,新型冠状病毒悄然爆发;2020年,新冠病毒持续肆虐;2021年,多种变异株横扫全球……
面对风云诡谲的疫情,科学家们发现仅凭自己的努力实在难以扭转战局,要赢得这场与病毒的战役,我们需要每一个人的力量。于是为了增强人们对病毒的了解与应对手段,科学家们联合起来,开发了一款名为《战疫指挥官》的游戏程序。
在这个游戏世界里,玩家通过操纵一名疫情防控指挥官辗转各个可能的疫情爆发的源头与病毒展开对抗以拯救这个瘟疫肆虐的游戏世界。由于游戏中的各项参数与现实世界几乎完全一致,游戏世界中针对疫情的应对方法在现实世界也同样适用。
1 战前准备
“你又回来啦!指挥官Q,我是V博士。你在之前的战役中表现十分出色,尤其是优秀的人员管理机制让机场的疫情爆发率降低到了最低水平,实在是让人拍案叫绝。”小Q看着屏幕中V博士对自己的夸赞正暗自得意,心想自己又拯救了上千个人免遭病毒感染。
可紧接着V博士却说:“接下来你要进入的是消毒剂篇章,不过我可得先提醒你,这章看似简单,但一次通过的人数可不多啊。你真的准备好了吗?”
小Q心想:“消毒剂有何难?这种每天都在使用的生活用品我还能出岔子不成?”于是毫不犹豫地按下了确定键。
V博士:“好,那么在开始之前我们先照例对你进行战前考核并给你提供一些你所需要的情报。首先,还记得你的敌人新冠病毒的结构与感染机制吗?”
图1
V博士听后连连点头:“很好很好,出色的指挥官,看来你满足这次行动的资质,接下来我们将给你有关消毒剂的一些情报。那么正如你说的,病毒通过S蛋白与细胞结合,这里我们需要用到的消毒剂就与此有关。大多数含氯消毒剂都会产生HClO,其有着强氧化性,可以氧化S蛋白使病毒无法与人类细胞结合,同时近期研究发现HClO可有效透过病毒脂膜,氧化核衣壳蛋白导致病毒失活[2]。含氯消毒剂将是你接下来最得力的武器,去吧指挥官。”
2 84消毒液
一道白光闪过,小Q被传送到某酒店客房。系统提示:本关目标是对酒店客房除卫生间以外的部分进行定期规律性的消毒,保证在大量人员流动的情况下将病毒感染率降到零,同时保护每一位房客的健康。
小Q心想:“这还不是易如反掌?我要让你们这些病毒尽数灭亡!”于是打开菜单栏,按照自己的生活经验毫不犹豫地选择了最常用的84消毒液。84消毒液主要成分是NaClO,pH在12左右,在水中会发生ClO−与HClO之间的电离平衡。
其说明书上写到:“一般物体表面建议浓度240 mg·L−1,织物400 mg·L−1。建议消毒时间20 min。”
但小Q觉得面对新冠这种可怕病毒,一定要用更大浓度,产生更强的氧化能力才更保险,于是他决定直接将浓度翻倍。同时考虑到氢离子参与了次氯酸的氧化反应,增大氢离子浓度可以更有效地提升其电极电势。于是决定在84消毒液中加入大量盐酸。
将方案整理提交后,小Q便直接提交了任务。
可系统在全面评估后居然对小Q的措施给出0分的评价。“警告:保洁人员与房客严重氯气中毒,有些人伴有呼吸道刺激症状。”
小Q大为震惊:“怎会如此?”
V博士突然出现,说:“你看你干的好事,单知道增大HClO与H+浓度可以增大氧化能力,也不想想最终的氧化产物会不会改变。”
小Q羞红了脸:“哎,我只是想把我知道的化学知识都应用上,没想到酿成了大祸。”
“你的化学知识确实不少,但还是半壶水晃荡,化学可容不得一丝疏忽啊。是的,适当增加酸性确实提高HClO氧化能力,更多的H+使HClO电离平衡向HClO移动,使HClO的占比更高。但过低的pH也会导致HClO不稳定自发分解,甚至产生剧毒的Cl2 (图 2)。
图2
因此使用含次氯酸类的消毒剂时,pH在6左右时效果最好,既保证了95%以上的次氯酸含量,又不至于使次氯酸快速分解[3]。此外HClO又是易挥发物质,你胡乱增大浓度,大量具有刺激性的HClO挥发自然会对使用者造成危害啦。”
小Q恍然大悟:“哦!原来氯气中毒和呼吸道刺激是这个原因,是我疏忽了。看来是过犹不及啊!”
按照标准调整后,小Q成功通过了这关。
3 NaDCC与TCCA
随即一道白光闪过,正兴奋着以为自己将穿越到医院这样的抗疫前线的小Q在白光散去后发现自己依旧站在酒店客房内。“诶?是游戏出问题了吗?为什么我们还在这里?怎么不把我派去抗疫前线大展拳脚?”小Q问道。
V博士听后十分不快:“抗疫可不是儿戏,不从人们生活细节入手,医院的治疗力度再大也是无济于事啊,Q指挥官。而且你还没有对酒店的卫生间进行消杀呢。好了,那么这关的要求是对可能被新冠病人使用过的卫生间进行全面的消杀,尤其要注意的是,排泄物的处理方法可是占到本关得分的90%之多哦!”
小Q虽不耐烦,可还是静下心分析起通关要求:“V博士如此强调,看来排泄物的消毒处理是本关的难点,需要特殊的处理方式。我猜排泄物一定是因为其携带的病毒总量要远高于患者通过接触或者飞沫会排出的病毒量,所以才要特殊处理吧。那如果是这样的话,不如我就加大有效氯含量和消毒时间吧。”
正准备往马桶中倒入84消毒剂的小Q突然灵机一动:“诶,既然要延长消毒时间,不如就像马桶清洁剂一样倒在水箱里吧,这样就可以使每次冲出的水都含有较高浓度的HClO,并且消毒时间就是两次使用卫生间的间隔时间,这么长时间肯定够新冠病毒受的了,我可真聪明!”于是小Q将消毒液直接倒入水箱,便点击了提交按钮
可点击完提交按钮后,系统却显示:“消毒不全面,仍有新冠病毒残留,挑战失败!”
V博士见小Q失败了,出现在他身边批评他说:“你可真是左耳朵进右耳朵出,你忘了84消毒液中的HClO极易自分解了吗?HClO浓度随时间不断降低,你再怎么延长消毒时间也没用啊。而且最重要的一点是马桶水箱中常加入洁厕剂,而洁厕剂的主要成分是用以去除尿碱的HCl,那这不就重蹈了你上一关产生大量剧毒氯气的覆辙了吗?”
小Q这才惊觉原来自己的所谓妙招是如此危险的操作:“嗯……那既然84消毒液的自分解无法避免的话,即便是直接倒在排泄物上也无济于事,看来只能换消毒剂了啊。”
V博士点头表示认同:“是的,84消毒剂虽然十分通用,但在这里并不适用,所以去寻找合适的消毒剂吧。”
浏览了臭氧、紫外灯、氯气等一众常用消毒剂,有的太贵、有的太危险,始终没能找到合适消毒剂的小Q决定回到廉价高效的含氯消毒剂中再去碰碰运气。
图3
图4
资料库随即向小Q展示了这两种化合物的相关信息:“原来他们的结构是这样的啊,还会在水中经过相对缓慢的可逆水解反应水解产生HClO。
从而达到消毒的目的。诶!那这样的话就不会出现直接加入大量84消毒液后HClO浓度不断降低的问题了啊,高浓度的HClO可以因此保持更长的时间,这不正合我意?”小Q觉得自己这回可算是找到了最优解,便将其选中,一并设为处理排泄物用的特殊消毒剂,而后点击了提交按钮。这时系统提示:“消毒剂种类选择正确,请细化尿液与粪便所对应的消毒剂。”
“嗯?这两者原理相同,难道不能随意选用吗?”小Q不解。
小Q决定求助V博士,V博士提示说:“消毒原理相同但不代表他们使用时的状态就完全相同,你再仔细想想他们各自在使用时是什么样的情形?”
小Q思考片刻:“嗯……市售NaDCC大多以消毒粉形式存在,TCCA常以泡腾片的形式存在。泡腾片在不断溶解的过程中产生的气泡可以使马桶中的液体进行一定的搅动,让病毒与HClO充分反应。所以我想是TCCA更好吧,尿液和粪便都用TCCA?”
V博士听后说:“你的描述是正确的,但答案还是错误的。”
得知答案依旧错误的小Q十分崩溃:“哎呀,这也太难了,到底是为什么呢?要不你公布答案吧,V博士,这关看来是闯不过去了。”
V博士叹了口气:“这就放弃了呀,看来也确实有点难为你了,那我就解释给你听吧。对尿液使用TCCA确实会更好。但是对于大块的粪便,气泡的搅动能力就可以忽略不计了。同时要注意到新冠病人通常会带有腹泻的症状,喷溅在马桶内壁以及浮于水面的粪便如果使用TCCA的话可是消毒不到的哦。此时应当使用NaDCC消毒粉对粪便进行全面的覆盖,这样才能做到对粪便的全面消毒。同时在消毒剂的选择之外还要注意卫生间的使用规范,消毒与冲水期间要盖上马桶盖。排泄物中含有许多有机物,比如尿素、尿酸、蛋白质之类,他们可是会和HClO反应生成有毒的一氯胺的。一氯胺有着致癌风险,同时又有刺激性且气味较大,所谓的‘游泳池味’就来自于它。”
小Q连连点头:“原来是这样!果然都是细节啊。对了,盖上盖子还能防止冲水时液滴飞溅造成污染对吧。”
“嗯,想得还算周到。总之虽然这次失败了,但你可以选择重新挑战本关来通往下一关,只不过这关本应得到的积分会归零哦,要想最终通关后获得战疫之星勋章还是要尽量多自己思考通关啊。”说罢,V博士离开,小Q也重新开始了闯关。
4 尾声
小Q利用自己的化学知识,不断闯关前行,虽然一次次地失败,但最终也获得了胜利。
游戏中的世界在玩家们的努力下,终于一次次地被拯救,一次次地从灾难中重生。但这些聪明的玩家们并不只是拯救了这个虚拟的宇宙,在这过程中他们学到的知识,也会被他们运用来拯救我们真实生活的世界,只不过这次他们要拯救的世界,没有重来的机会。
疫情之下科学家们的努力固然必不可少,但每一个人的防疫意识与防疫知识才是扭转战局的最大筹码。合理使用消毒剂,疫情之下,我们也能出自己的一份力。
参考文献
DOI:10.1021/acs.jproteome.0c00764
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