“绿色”节能灯可诱发癌症

2015-02-10 12:11 作者: 李修命

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众所周知,白炽灯是爱迪生于十九世纪后半叶的一项重要发明,从此人类走向电灯时代。白炽灯问世百年来,因其光色温馨、色彩多样、造型丰富、价格低廉,深受消费者喜爱。但是白炽灯耗电,大概只有不到十分之一的能量变成光能,其它都是热能白白的被浪费掉了。由于白炽灯的耗电太大,人们想办法用新的光源来替代白炽灯,荧光节能灯就应运而生了,目前已经开始逐步取代白炽灯了。近年来,世界上一些经济发达国家围绕LED的研制展开了激烈的技术竞赛。美国从2000年起投资5亿美元实施“国家半导体照明计划”,欧盟也在2000年7月宣布启动类似的“彩虹计划”。根据美国政府2007年的《能源独立和安全法案》,到2012年,美国将不再使用白炽灯泡。

荧光节能灯(energy-saving lamp)真名叫做稀土三基色紧凑型荧光灯,通常简称为紧凑型荧光灯(compact fluorescent lamp,CFL)。与传统的白炽灯相比,在达到相同光能输出的条件下,节能灯消耗的电量只有普通白炽灯的1/5~1/4。荧光节能灯的两极也是普通的钨丝,钨丝通电发热后,能发射出电子,在灯管两侧加上比较高的电压,形成电场,这些电子就会在灯管里被加速,形成有一定速度和能量的电子流,灯管是被抽成真空的,里面充有汞-水银。在灯管通电发热的情况下,这些水银从液态蒸发就变成了气态,形成游离状态的汞原子。电子流中的电子以一定速度打在汞原子上,使汞原子受到激发,变成激发状态的电离子,称为发生了阶跃,激发状态的汞过了很短的时间就自发地回落到原来的状态,同时释放出紫外线光,紫外线光不能用来照明。于是我们在灯管的内壁涂了一些荧光物质,在紫外线光的轰击下,荧光物质受到激发以后,就能发出比较自然的光线,可用于我们照明。

但是荧光节能灯也带来了新的问题。一份飞利浦5W电子节能灯说明书上写着,该款节能灯含有汞、铅、镉以及六价铬、多溴联苯、多溴二苯醚等6种有害元素及物质,分别分布于节能灯的毛管、灯头、镇流器3个部件中。据查,一支管径为36毫米的粗管径荧光节能灯含汞量在25~45毫克,一支管径为26毫米的细管径荧光节能灯含汞量为20毫克,一支管径为10毫米的紧凑型荧光节能灯含汞量为10毫克。汞在常温下呈液态,是一种易流动的银白色液态金属。由于汞的沸点很低,在常温下即可蒸发,废弃的荧光节能灯管破碎后,立即向周围散发汞蒸气,瞬时可使周围空气中的汞浓度达到每立方米10~20毫克,国家规定的汞在空气中的最高允许浓度为每立方米0.01毫克。同济大学环境科学与工程学院教授蒋大和介绍,1毫克汞渗入地下,可造成大约360吨水被污染。由此计算,一只废弃荧光节能灯,如处置不当,可能污染180吨水及周围土壤。而且由于汞的沸点低,常温下即可蒸发,汞蒸气易经呼吸道进入人体,废弃的节能灯管破碎后,瞬时可使周围空气中的汞浓度超标上百倍。即使低剂量汞毒性也会对人体不同器官体系造成危害,包括肌力降低、疲劳感增加、后代畸形等;对儿童、婴幼儿可造成语言和记忆能力短缺、注意力不集中、自闭症、行走能力延迟等。此外,节能灯还含有铅元素。铅一旦进入人体,会阻碍血液的合成,导致贫血、头痛和肢体酸痛等,侵入大脑神经组织后还可能造成小孩发育迟缓、多动症、智力低下等。

研究人员还发现,一旦荧光粉层破裂,紫外线就会泄露到灯外,会对皮肤细胞造成一定程度的损伤。紫外线(ultraviolet,UV)按波长分为三类:长波紫外线(UVA,320~400nm)、中波紫外线(UVB,280~320nm)和短波紫外线(UVC,200~280nm)。日常生活中,UVC在穿越大气层时多被臭氧层滤除,能作用于皮肤的多为UVA和UVB。纽约州立大学研究人员通过试验证明荧光节能灯泡比普通灯泡的紫外线辐射更强(Mironava T,Hadjiargyrou M,Simon M,et al. The effects of UV emission from compact fluorescent light exposure on human dermal fibroblasts and keratinocytes in vitro. Photochem Photobiol. 2012,88(6):1497~1506)。受荧光节能灯辐射的皮肤细胞遭到严重的损害,而受普通灯泡辐射的皮肤细胞却是健康的。这种辐射可能会损害人体皮肤的细胞,甚至可能诱发癌症。研究者先选择了多个品牌的荧光节能灯来检测其放出的紫外线,发现大部分节能灯都有UVA和UVC的辐射;然后选择了辐射最强的荧光节能灯,放到2.5厘米的距离来持续照射体外培养的成纤维细胞和角质形成细胞,并用白炽灯来照射同样的细胞作为对照。结果显示,荧光节能灯下的细胞,照射时间越长,受损越严重;而照射白炽灯的细胞则未受影响。此外,节能灯的紫外线辐射不仅在不同品牌之间,就连同一制造商生产的不同灯泡间都相差甚大。在得出“节能灯致癌”的初步研究结论后,纽约州立大学的研究人员建议,应尽量减少使用荧光节能灯的时间。

南京理工大学电光学院博士生导师朱晓华说,老式日光灯是采用整流器,把50赫兹的交流电升压,然后将电能专为光能,在升压的过程中,不可避免会消耗一些能量。而节能灯是将交流电变成直流电,节能灯相对体积小,能耗低,但不是十全十美。在工作中有一个环节要经过振荡器,高频振荡的电磁波会造成电磁辐射污染。电磁辐射不易察觉,但如果市民是把调幅收音机靠近、手机靠近,就容易发现机器产生杂音,影响正常工作。而且电磁辐射还会影响到心脏起搏器的正常工作,对心脏病人产生威胁。电磁辐射对普通人的身体健康也有隐患,具体危害有多大还需进一步定量分析。朱晓华表示,电磁波可以通过耦合对电网造成污染,可能会令电网上的其他精密电器产生异常。他认为,阻止电磁辐射污染电网,则能通过安装合格的滤波器实现。

据上海电视台报道称,记者从正规渠道购买了10个品牌的荧光节能灯,请环保部辐射环境监测技术中心高级工程师向元益采用专业设备进行检测。在普通办公环境下,仪器得出的电磁辐射为1 v/m。工程师将仪器放在距离荧光节能灯10厘米的地方打开节能灯,仪器立即发出报警声。显示屏上显示达到380 v/m,工程师把仪器拿到1.5米外,辐射值又降到了十几。工程师又陆续对其他品牌的荧光节能灯进行测试,结果辐射值普遍在200 v/m以上。而根据1988年当时的国家环保局《电磁辐射防护规定》,公众照射导出限值为40 v/m。为了确保权威,电视台的记者又请来中科院理化环境分析研究中心主任姚宇对几个品牌的荧光节能灯进行检测,近距离电磁辐射的结果仍是普遍超标,其中一个荧光节能灯的辐射值在1500~1600 v/m的范围内跳动,是规定值的40倍。环保部和中科院的专家都认为,荧光节能灯泡不宜用在台灯、床头灯上,不要长期在离节能灯很近的地方学习。根据加拿大和其他地方研究的建议,应该避免在不到12英寸(约3.6厘米)的距离下近距离接受节能灯照射。床头灯、台灯等靠近人体的光源,最好还是使用传统的白炽灯。

就在白炽灯即将退出照明舞台的时候,荧光节能灯也被列入有碍环保名单:2014年12月31日全面淘汰液汞生产工艺。而LED灯凭借它节能环保的优质特性,或将掀起2015年新一轮的“换灯潮”。50年前人们了解半导体材料可产生光线的基本知识,随后就有了应用用的开发。第一个商用二极管产生于1960年。LED是英文lightemittingdiode(发光二极管)的缩写,它的基本结构是一块电致发光的半导体材料,置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树脂密封,起到保护内部芯线的作用,所以LED的抗震性能好。发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片,在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层,称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中,注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压,少数载流子难以注入,故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管,通称LED。当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压),电流从LED阳极流向阴极时,半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线,光的强弱与电流有关。目前发光半导体材料主要由III-V族元素组成,例如磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs),氮化镓等等。就整个全球产业界而言,基于MOCVD外延生长的技术路线是发展GaN基光电子材料与器件的主要技术潮流。GaN基材料的外延生长是发展GaN基高亮度LED和全固态半导体白光照明光源的核心技术,是所有关键难题中的重中之重。

LED节能灯具有多种优点:高节能:节能能源无污染即为环保。直流驱动,超低功耗(单管0.03~0.06瓦)电光功率转换接近100%,相同照明效果比传统光源节能80%以上。寿命长:LED光源有人称它为长寿灯,意为永不熄灭的灯。固体冷光源,环氧树脂封装,灯体内也没有松动的部分,不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点,使用寿命可达6万到10万小时,比传统光源寿命长10倍以上。多变幻:LED光源可利用红、绿、篮三基色原理,在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合,即可产生256×256×256=16777216种颜色,形成不同光色的组合变化多端,实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。利环保:环保效益更佳,光谱中没有紫外线和红外线,既没有热量,也没有辐射,眩光小,而且废弃物可回收,没有污染不含汞元素,冷光源,可以安全触摸,属于典型的绿色照明光源。高新尖:与传统光源单调的发光效果相比,LED光源是低压微电子产品,成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等所以亦是数字信息化产品是半导体光电器件“高新尖”技术具有在线编程、无限升级、灵活多变的特点。LED节能灯正日新月异的在进步,发光效率取得惊人的突破,价格也在不断的降低。

但是,近来关于LED“蓝光溢出伤眼”的说法多次出现。蓝光并非LED灯所独有,手机和电脑屏幕中都富含蓝光。蓝光危害是指光源的400~500纳米蓝光波段如果亮度过高,眼睛长时间直视光源后可能引起视网膜的光化学损伤。蓝光对于视网膜的伤害主要是由波长为400~500纳米的过量辐射造成的。蓝光危害程度取决于人眼在灯光下所累积接收的蓝光剂量。可见光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的光组成,其中,波长在435~500纳米的光对应蓝色和青色,科学界通常将400~500纳米的波长范围称为“蓝光区”。白光LED的原理是蓝光LED芯片激发黄色荧光粉转化后形成白光。LED要发出白光,需要先发蓝光,然后激发荧光粉,发出黄光,交叉而成白光。色温是由这两个波的高低不同而形成的,如果是冷色的,很白的光,蓝光成分就多一点,黄光少一点,这就是高色温,否则就是低色温。当人们发现,高色温的LED光在蓝光这里有一个很高的峰,刚好吻合到了蓝光危害的这个峰的位置,所以就认为高色温的LED在蓝光危害方面是有风险的。这个说法是正确的。

中山大学中山眼科中心高级视光师、视光学专家卢金华说,不同波长的光,穿透力不一样。对眼睛有伤害的光以高能量短波光为主,比如紫外线、蓝光和紫光,人眼感觉最舒适的是中波的绿光。蓝紫光穿透力较短波紫外线强,在可见光谱中能量相对高,能够穿透角膜、晶状体,到达视网膜,视网膜一旦受损,将造成不可逆的伤害。所以自然界中对人眼损伤最大的就是中短波的、能量相对高的紫外线和蓝紫光。一般LED灯的发光,光色单一,亮度高,色温偏高,可能含有较多蓝光成分。卢金华认为,LED灯光,在两个方面可能存在危害,第一是蓝光含量比较多,伤害视网膜;第二个是部分产品亮度太大,会刺激人眼不断调节,造成眼疲劳。另外,LED还有可能形成眩光。眩光是指局部亮度过高,与周围环境不成比例,使视网膜产生亮区和暗区,从而造成瞳孔的剧烈变化。眩光会造成眼酸眼胀等问题。如果眩光现象和调节刺激都比较大,对人眼视力是会有负面影响的。如果长时期处于蓝光危害、眩光现象中,将加重视疲劳,损伤视神经,特别是对视力暂时还没稳定下来的青少年视力造成负面影响。

据英国《每日邮报》报道,西班牙马德里康普顿斯大学(Complutense University in Madrid)的西利亚·卡桑斯·雷蒙斯博士(Celia Sánchez-Ramos)的研究表明,由于LED灯所发出的光为短波高能量光源,在可见光光谱上为蓝、紫光,长时间暴露在这种光线之中有可能对人们的视网膜造成损害。卡桑斯·雷蒙斯博士还指出,节能灯发出的光辐射会对人类视网膜色素上皮细胞造成严重的损伤。为此他建议,台灯等近距离使用的灯尽量不要使用LED灯泡。尽量不要用眼睛直视光源,并且要注意使用时间,每隔20~30分钟闭目休息一会儿。英国伦敦大学眼科教授马歇尔称,人眼若长期暴露在LED节能灯这种强光下,有如长期暴露在太阳下,会增加视网膜受损风险,引致老年黄斑病变、白内障等眼疾。北京阜外心血管病医院医师黄岩指出,LED节能灯节能灯对眼睛有害。他们都认为,以钨丝为灯胆的白炽灯不存在这样的问题,呼吁用回传统的白炽灯。白炽灯和节能灯各有利弊。传统白炽灯是热辐射发光,产热多,能耗大,寿命在1000小时左右,光线柔和,光谱连续,主色带黄红色,更接近日光,对视觉有益,打开即时发亮;LED节能灯产热少,能耗小,相同能耗下亮度是白炽灯的4~5倍,寿命为3000~8000小时,但光线刺眼,色调偏蓝,与自然光稍有差异,打开后需延迟数分钟方能达到设计亮度。人类视细胞最敏感的颜色是黄色,相比于LED节能灯节能灯的蓝白色光谱,白炽灯柔和的黄色光线,对视觉更有益。其实,最合理的用灯选择,是选择淡黄色的LED节能灯,就能既节能又护眼。对用光安全有特殊要求的群体,如刚出生的婴儿、10年以上糖尿病史的病人、高血压患者以及正在服用光敏药物的人群等,最好只选用白炽灯。


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